JP2004528763A - Polarization mode dispersion compensation in optical transmission media - Google Patents

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    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/27Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
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    • G02B6/278Controlling polarisation mode dispersion [PMD], e.g. PMD compensation or emulation
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    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
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    • H04B10/2507Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
    • H04B10/2569Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to polarisation mode dispersion [PMD]

Abstract

本発明は、光伝送システムにおいてレーザ源に摂動を起こさせることなしに偏波モード分散(PMD)を補償するための方法と装置を提供する。本発明は、光伝送システムの光信号の十分な部分量を実質的にシステムの単一の主偏波状態(PSP)へ移すことによりPMDを補償する。結果として、データストリームの各ライトパルスは、時間的に隣接するライトパルス又はビット期間と実質的に混合されない。
【選択図】図5
The present invention provides a method and apparatus for compensating for polarization mode dispersion (PMD) without perturbing a laser source in an optical transmission system. The present invention compensates for PMD by substantially transferring a sufficient portion of the optical signal of an optical transmission system to a single primary polarization state (PSP) of the system. As a result, each write pulse of the data stream is not substantially mixed with a temporally adjacent write pulse or bit period.
[Selection diagram] FIG.

Description

【技術分野】
【0001】
本発明は、光伝送システムの分野に関する。特に、本発明は、光伝送媒体の光信号の監視と修正に関する。
【0002】
関連出願に対する相互参照
本発明は、2001年3月19日に出願された米国同時係属仮出願第60/276,982の恩典を請求している。
【背景技術】
【0003】
光伝送システムの入力データストリームは、デジタルビットを表す一連のライトパルスとみなされ得る。現在の光伝送システムのビットレートは、一般にそれぞれ100〜25ピコセカンドの幅であるライトパルス(又はビット期間)という結果になる10GHz〜40GHzの範囲にわたる。光伝送システムのレシーバは、各ビット期間に関して、ライトパルスが受光された(デジタルの1)か、又は受光されなかった(デジタルの0)か否かを判定することにより、データストリームの各ビット期間をデジタルの1又は0へ変換する。偏波モード分散(PMD)は、データストリームのライトパルスを歪ませ、ひいてはビット期間を1又は0へ変換するか否かを判定するためのレシーバの能力を低下させる可能性のある現象である。結果として、PMDは、光伝送システムの伝送精度と能力を制限する。
【0004】
偏波モード分散は、光伝送システムの伝送媒体の複屈折から生じる。非円形ファイバコアという結果になる光ファイバの不完全性と非対称応力によって、たとえ「シングルモード」光ファイバと呼ばれるものからなる伝送媒体においても複屈折は存在する。理想的なシングルモード光ファイバは、円形のコア、即ち等方性であり偏心性のないコアを有する。係る理想的なファイバは等方性であり、即ちファイバの屈折率は、電界、又は換言すれば偏光の向きに無関係である。光ファイバコアの異方性(例えば、偏心性)は複屈折をまねき、従って、種々の偏光が異なる速度で光ファイバを介して伝播する。
【0005】
光ファイバの光の伝播は、2つの基本モード又は主モードによって制御されるものとみなされ得る。これらの主モードは、「主偏波状態(PSP)」として知られる。PSPがファイバリンクに導入される場合、リンクの出力における偏光は周波数の第1次に対して実質的に一定になる。理想的なシングルモードファイバにおいて、PSPは縮退する、即ち区別ができない。ファイバコアの異方性は、この縮退をとく。結果として、PSPは異なる群速度で伝わり、2つの時間的に変位したパルスへと分離する。異なる群速度に起因したPSPの分離は、偏波モード分散(PMD)として知られ、2つのPSP間の時間的な広がりは、群遅延時間差として知られる。この時間的な広がりによって、データストリームの1ビット期間のライトパルスが別のビット期間と重なる可能性がある。この重なりによって、あるビット期間を1又は0に変換するか否かを判定するためのレシーバの能力が低下する。従って、PMDは、光伝送システムに対して問題であり、データの曖昧性、データ損失、データの汚染、及び伝送能力の制限という結果になる。
【0006】
PMD問題に対する種々の方法が提案されてきたが、それぞれは制約をもたらす。例えば、偏波保存光ファイバは、複屈折を生じるファイバ内に内部応力部材によって導入される応力誘導型異方性のような固有の光学特性を通じて入力の偏光を維持し、PSP間の光パワーのクロスカップリングを防止するように設計されている。残念ながら、この特殊ファイバは高価であるばかりでなく、大規模な置き換えに及ばず、既存の「遺産的」なファイバネットワークにおいてPMDに対処することができない。
【0007】
電気的歪み等化器のような現在の電子的方法も欠点を呈する。DGDのインジケータとしてレシーバにおけるRF周波数応答(即ち、応答の最小値)のノッチを一般に使用するこれらの方法は、従来のレシーバの電子回路に修正が必要であり、高速デジタル電子回路又はRF電子回路を必要とする傾向がある。
【0008】
光計測の方法は一般に、偏光スクランブルにより、又は周波数側波帯の導入によりレーザ源に摂動を起こさせる(perturbing)こと、或いはPMDの偏光特性の間接的又は定性的な測定のみを行うことを必要とする。光伝送システムにおいて、光測定のためにレーザ源に摂動を起こさせることは、一般に実用的でなく、データ伝送を中断する。DGD及び偏光度(「DoP」)の測定のような、PMD偏光特性の間接的又は定性的な測定のみを利用する方法は、複数の動作の後にのみPMDを補償する反復手順の使用を必要とする。しかしながら、係る複数の動作は時間を浪費し、ひいては係る反復の補償方法は、高速伝送システムに対する用途に関して欠点を有する。
【0009】
従って、データ伝送を中断することなく、PMDの影響をより高速に補償することを可能にする、信頼できるPMD測定を提供する方法が必要とされている。
【0010】
発明の概要
本発明は、レーザ源に摂動を起こさせることなくPMD偏光特性の直接的な測定値を得て、単一動作でPMDの影響を補償するための方法と装置を提供する。本発明は、光伝送システムの光信号を、補償器を含むシステムの単一のPSPへと実質的に移動させることによりPMDを補償する。結果として、データストリームの各ライトパルスは、時間的に隣接するライトパルス又はビット期間と実質的に混合されない。
【0011】
一態様において、本発明は、光伝送システムの光信号のPMDを補償するための方法を提供する。一実施形態において、該方法は、光伝送媒体からのサンプル光信号の2つの異なる偏光成分間に位相遅延を導入することにより、ファイバリンクのPMD偏光特性を測定する。該方法は、2つの偏光成分に干渉を起こさせ、結果としての干渉信号を測定する。次いで、該方法は、複数の位相遅延において測定された干渉信号を用いて、DGD、及びPSPの相対的な振幅と偏光状態(例えば、向きと楕円率)を求める。DGD、及びPSPの相対的な振幅と偏光状態は、PMD偏光特性の直接的な尺度を提供する。本明細書において使用される場合、用語「PSP特性」は、PSPの偏光状態と相対的な振幅、及びそれらの間のDGDを指す。また、PSPの偏光状態と相対的な振幅は、光伝送システムにおける光信号の偏光状態の直接的な尺度も提供する。PSP特性に基づいて、本発明は、PMDの影響を補償するために、好適には単一動作で光伝送システムの単一のPSPへと光信号エネルギーの十分な部分量を移動させる光信号に対する修正を求める。「十分な部分量」は、例えば適切なシステムの停止確率又はパワーペナルティを提供するように当業者によって選択され得る。
【0012】
本明細書において使用される場合、用語「十分な部分量」は、特定の伝送システム又はデータ伝送に関してPMDの影響に起因するビットエラーレートを防ぐのに十分な量であることを指す。例えば、データ伝送が非常に冗長で破損に耐性のあるデータを含む場合、十分な部分量は少なくできる。同様に、低いデータ伝送レートのみが望まれる場合も、十分な部分量は少なくできる。逆に、伝送システムを高い能力で、及び/又は高いデータ精度(即ち、データの低い曖昧性、低い損失、又は低い破損ビットエラーレート)で動作させることが望まれる場合、十分な部分量は非常に多くすることができ、又は光信号の全エネルギーを単一のPSPへと実質的に移動させることを含むことさえできる。従って、当業者には理解されるように、移動させるための光信号エネルギーの十分な部分量は簡単な態様で(必要以上の実験をしないで)求められ得る。例えば、十分な部分量は、光信号エネルギーの全てを実質的に含むことができる。
【0013】
別の実施形態において、該方法は、サンプル光信号の偏光軸の向きを回転させ、サンプル光信号の2つの異なる偏光成分間に位相遅延を導入することにより、PMD偏光特性を測定する。該方法は、2つの偏光成分に干渉を起こさせ、結果としての干渉信号を測定する。次いで、該方法は、サンプル光信号の偏光軸の2つ又はそれより多い回転の向きの各々について、2つ又はそれより多い位相遅延で測定された干渉信号を用いて、光信号のPSP特性を求める。PSP特性に基づいて、本発明は、単一の動作で光信号エネルギーの十分な部分量を光伝送システムの単一のPSPへと移動させる光信号に対する修正を求める。
【0014】
別の実施形態において、本発明の方法は、単一の動作で光信号エネルギーの十分な部分量が、入射ファイバリンクとPMD補償器を具現化する光伝送システムの単一のPSPへと移動するような動作において、入射光信号にDGDベクトルを追加することにより、光伝送システムのPMDを補償する。
【0015】
好適な実施形態において、本発明は、高密度波長分割多重(「DWDM」)のファイバに存在するような、光ファイバにおける多数の波長チャネルのPSP特性を実質的に並列に求める。これらの特性には、PSPの偏光状態、PSPの相対的な振幅(即ち、2つのPSP間のエネルギー比率)、DGD、及びデータストリームの多数の波長チャネルに対するパワーの合計が含まれる。各波長チャネルの帯域幅は、主としてレーザ源の線幅と光信号のデータ変調帯域幅によって求められる。
【0016】
この実施形態の1つのバージョンにおいて、方法は、サンプル光信号の2つの異なる偏光成分間に位相遅延を導入する。該方法は、干渉信号を生じさせるように2つの偏光成分に干渉を起こさせ、干渉信号をスペクトル的に連続した波長帯域へ分散し、各波長サブ帯域について干渉信号を測定する。次いで、該方法は、複数の位相遅延における各波長サブ帯域について干渉信号を測定し、各波長チャネルについてPSP特性を求める。チャネルのPSP特性に基づいて、本発明は、単一動作でその波長チャネルの光信号エネルギーの十分な部分量をそのチャネルの単一のPSPへと移動させる各波長チャネルの光信号に対する修正を判定する。
【0017】
この実施形態の別のバージョンにおいて、方法は、サンプル光信号の偏光軸の向きを回転させ、サンプル光信号の2つの異なる偏光成分間に位相遅延を導入する。該方法は、干渉信号を生じさせるように2つの偏光成分に干渉を起こさせ、各チャネルの干渉信号をスペクトル的に連続した波長サブ帯域へ分散し、各波長サブ帯域について干渉信号を測定する。次いで、該方法は、光信号偏光軸の2つ又はそれより多い回転の向きのそれぞれに関して2つ又はそれより多い位相遅延において各波長サブ帯域の干渉信号を測定し、対応する波長チャネルのPSP特性を求める。チャネルのPSP特性に基づいて、本発明は、単一動作でその波長チャネルの光信号エネルギーの十分な部分量をそのチャネルの単一のPSPへと移動させる光信号に対する修正を判定する。
【0018】
好適な実施形態において、本発明の方法は、光伝送システムの2つ又はそれより多い波長チャネルのPMDを補償する。該方法は、単一動作でチャネルの光信号エネルギーの十分な部分量がチャネルの単一のPSPへと移動するような向きにおいて、各チャネルに実質的に同時にDGDを追加することにより、実質的に同時に波長チャネルのPMDを補償する。
【0019】
別の実施形態において、PMDの度合いとPSPの偏光状態は時間が経つにつれて変化する可能性があるので、光信号はサンプリングされ、分析され、光信号に対する修正は、断続的、周期的、又は連続的に更新される。
【0020】
別の態様において、本発明は、本発明の方法の機能性が、以下に限定されないが、フロッピー(R)ディスク、ハードディスク、光ディスク、磁気テープ、PROM、EPROM、CD−ROM、又はDVD−ROMのようなコンピュータ読取り可能媒体に具現化される製造品を提供する。
【0021】
別の態様において、本発明は、光伝送システムの光信号のPMDを補償するための装置を提供する。一実施形態において、該装置は、光学的偏光監視装置と、偏光状態生成器とを含む。偏光監視装置は、位相遅延生成器、干渉計、及び検出器を含む。偏光監視装置は、サンプル光信号を受け入れるように構成され、位相遅延生成器が、サンプル光信号の2つの異なる偏光成分間に位相遅延を導入する。干渉計は、位相遅延された光を受光するように配置され、検出器によって測定される干渉信号を生成するように2つの偏光成分に干渉を起こさせる。偏光状態生成器は、複数の位相遅延において測定された干渉信号に基づいて、DGD、及びPSPの相対的な振幅と偏光状態を求める。
【0022】
別の好適な実施形態において、偏光監視装置は回転子も含む。偏光監視装置はサンプル光信号を受け入れるように構成される。回転子は、位相遅延生成器の光軸に対してサンプル光信号の偏光軸の少なくとも2つの回転方位を提供する。位相遅延生成器は、偏光軸の回転方位のそれぞれに対して、サンプル光信号の2つの異なる偏光成分間に位相遅延を導入する。干渉計は、位相遅延された光を受光して、2つの偏光成分に干渉を起こさせ、検出器によって測定される干渉信号を生成するように配置される。偏光状態生成器は、2つ又はそれより多い回転方位のそれぞれに対して2つ又はそれより多い位相遅延において測定された干渉信号に基づいて、DGD、及びPSPの相対的な振幅と偏光状態を求める。
【0023】
一実施形態において、回転子は、位相遅延生成器の光軸を有効に回転させる電気光学素子を含む。別の実施形態において、回転子は、位相遅延生成器を物理的に回転させる機構を含む。好適には、回転子は、サンプル光信号の偏光軸を回転させる偏光回転子を含む。適切な偏光回転子は、以下に限定されないが、ファラデー回転子、及び波長板の組み合わせを含む。
【0024】
別の実施形態において、偏光監視装置は、光伝送システムの2つ又はそれより多い波長チャネルのPSP特性を実質的に同時に求める。この実施形態の1つのバージョンにおいて、偏光監視装置は、位相遅延生成器、干渉計、波長分波器、及び検出器のアレイを含む。また、偏光監視装置は回転子も含む。干渉計は、位相遅延された光を受光して2つの偏光成分に干渉を起こさせ、干渉信号を生成するように配置される。分波器は、検出器のアレイのスペクトル的に連続した波長サブ帯域へと干渉信号を分散する。検出器のアレイは、各波長サブ帯域の干渉信号が実質的に同時に測定されるように構成される。次いで、偏光状態生成器が、複数の位相遅延において、又はサンプル光信号の偏光軸の2つ又はそれより多い回転方位において測定された対応する波長サブ帯域の干渉信号に基づいて、各波長チャネルのPSP特性を求める。
【0025】
別の実施形態において、本発明は、光伝送システムの光信号のPMDを補償するための装置を提供し、その装置は、光学的偏光監視装置、偏光状態生成器、偏光制御装置、及び遅延要素を含む。偏光制御装置は、光信号のエネルギーの十分な部分量が光伝送システムの単一のPSPへと移動するように光信号を修正する。この実施形態の1つのバージョンにおいて、補償段は、遅延要素に入射する偏光状態を変える偏光制御装置を含む。次いで、遅延要素は、選択可能な方位において実質的に選択可能なDGDを光信号に追加する。この実施形態の好適なバージョンにおいて、補償段は、偏光制御装置、及び選択可能な方位において実質的に固定されたDGDを光信号に追加する遅延要素を含む。選択される方位は、偏光状態生成器によって提供されるPSP特性に基づいて判定される。選択される方位は、補償段がDGDを光信号に追加する際に、結果として生じる光信号、即ち修正された光信号が光伝送システムの単一のPSPにおいてそのエネルギーの十分な部分量を有するようになっている。
【0026】
別の実施形態において、本発明は、光伝送システムの2つ又はそれより多い波長チャネルのPMDを補償するための装置を提供する。該装置は、波長チャネルのPSP特性を監視する偏光監視装置、偏光状態生成器、及びマルチチャネル偏光制御装置を含む。マルチチャネル偏光制御装置は、各チャネルにおける光エネルギーの十分な部分量がチャネルの単一のPSPへ移動するように各波長チャネルの光信号を変更する。マルチチャネル偏光制御装置は、波長分波器、マルチチャネル偏光コントローラ、及び波長合波器を含む。分波器は、スペクトル的に連続した所望のチャネルへ光信号を分散し、マルチチャネル偏光コントローラは、波長チャネルのエネルギーの十分な部分量が対応する波長チャネルの単一のPSP内にあるような方位において、各波長チャネルにDGDを追加する。その結果として、波長合波器は、マルチチャネル偏光コントローラから受光した光を再結合する。一実施形態において、マルチチャネル偏光コントローラは、偏光コントローラのアレイを含み、各偏光コントローラは、遅延要素と結合された際に選択可能な方位においてDGDを導入するために別個の波長チャネルで動作する。好適には、偏光制御装置は、実質的に集積されたアレイを形成し、波長チャネルで実質的に同時に動作する。
【0027】
この実施形態の1つのバージョンにおいて、偏光制御装置は、選択可能な方位において実質的に選択可能なDGDを波長チャネルの光信号に追加する。好適には、偏光制御装置は、選択可能な方位において実質的に固定された量のDGDを追加する。波長チャネルに追加されるDGDの方位は、チャネルのPSP特性に基づいて選択される。選択される方位は、可変偏光装置がチャネルの光信号にDGDを追加する際に、結果として生じる(即ち、修正された)光信号がその波長チャネルの単一のPSPにおいてそのエネルギーの十分な部分量を有するようになっている。
【0028】
本発明の前述の、及び他の特徴と利点、並びに本発明自体は、詳細な説明、図面、及び特許請求の範囲からより完全に理解されるであろう。
【0029】
詳細な説明
本発明は、光ファイバ伝送システムにおいてデータの光伝送に特に有益な光信号の監視と修正のための方法と装置を提供する。本発明は、光の偏光特性及び/又は光伝送システムのPSPを提供する。本発明によって提供される偏光特性を用いてPMD問題に対する「確定的解」を提供し、第1次に対して光信号のPMDを実質的に補償する。本明細書に使用される場合、用語「確定的解」は、第1次に対して任意のPMD(即ち、任意の一時点におけるPMD)を実質的に補償することができる光信号に対する単一の修正を求めるための本発明の能力を指す。本発明の確定的解の方法は、任意のPMDを補償するために反復の測定と修正を必要とする技術と対照をなす。
【0030】
PMD補償に対する本発明の1つの方法は、光信号エネルギーの十分な部分量を光伝送システムの単一のPSPへ移すことである。データ伝送を中断することなく、信頼できる態様でシステムのPSP、及びPMDを補償するために光信号を迅速に修正することを判定する際に、困った問題が存在する。理解されるように、単一のPSPへの光の移動は、2つの態様、即ち、システムのPSPのものと実質的に同じ偏光ベクトル方位(例えば、ストークスベクトルの方位)を有するように光信号の偏光状態を修正すること、又は入射光信号のものと実質的に同じPMDベクトル方位を有するようにシステムのPMDベクトルの偏光状態を修正することとみなすことができる。
【0031】
本発明のPMD補償方法を理解するための1つの直観的な態様は、光信号と光伝送システムのポアンカレ球による表現を含む。光ファイバ内のような光信号の電界ベクトルEは、一般にxとy成分、即ちEと不変位相オフセットεを有するEとの和として表現される得る。
【0032】
【数1】

Figure 2004528763
【0033】
電界ベクトルは一般に楕円偏光し、即ちEとEは双方とも非ゼロであり、ある期間にわたってEとEの楕円経路を追従する。線形及び円形の偏光は、電界ベクトルが楕円ではなくてそれぞれ直線又は円を時間的に描くので、楕円偏光の状態を縮退する。全ての考えられる偏光を表すための1つの便利な方法は、ポアンカレ球による。
【0034】
図1を参照すると、偏光状態のポアンカレ球の表現100が示される。球面上の任意の緯度は、任意の楕円偏光を表し、赤道101において直線偏光が表され、極103において円偏光が表される。この表現において、球面上の経度の1度は、偏光軸の0.5度の物理的回転を表す。偏光の左右像は2つの半球において変化し、上側の半球では右回りの偏光であり、下側の半球では左回りの偏光である。更に、各経度は、偏光の楕円の半長軸に対する固定方位角を表す。
【0035】
この表現において、光伝送システムのPMDは、ポアンカレ球上のPMDベクトル(ベクトルΩ)102によって表され得る。PMDベクトル(ベクトルΩ)102の方向は、システムのPSPの1つを表すが、ベクトルの大きさはDGDの半分である。任意のサンプル光信号の偏光状態(即ち、偏光監視装置に対する入力偏光状態)は、2つのPSPの線形的な組み合わせである。入力偏光ベクトル104(例えば、ストークスベクトル等)を用いて光信号偏光状態を表すことができる。1つのPSPにおける光信号エネルギーの相対的な量は、cos(2θ)により与えられ、もう一方はsin(2θ)によって与えられ、ここで(2θ)は、入力偏光ベクトル104とPMDベクトル(ベクトルΩ)102との間のポアンカレ球上の角度である。入力偏光ベクトル104がPMDベクトル102に沿って下がる場合、第1次に対する全光信号エネルギーは、伝送システムの1つのPSP内にある。それに対応して、第1次に対する光信号のエネルギーは他のPSPに存在しない。結果として、別のビット期間の他のPSP(例えば、遅いPSP)と重なる可能性があり、それによりデータの損失、曖昧性、又は汚染を生じる1つのビット期間の1つのPSP(例えば、速いPSP)にエネルギーは存在しない。PMDに起因する異なるビット期間の異なるPSPの潜在的なオーバーラップは、本明細書においてPMD拡散と呼ばれる。
【0036】
また、PMDベクトルを用いて光伝送システムの各コンポーネント(例えば、光ファイバ部分、光学要素、カプラー、合波器、スイッチ、ルータ等)も表すことができ、共通の座標系におけるこれらのベクトルの合計は、システムの全PMDベクトルである。理解されるように、システムの全PMDベクトルは、一般に伝送システムの長さに沿って変化し、時間と共に変化する。例えば、光信号源から1kmの全PMDベクトルは、一般に信号源から10kmのものと異なる。同様に、任意の1つの位置における全PMDベクトルは、例えばシステムのコンポーネントにおける温度及び/又は応力の変化に起因して時間と共に変化する可能性がある。従って、理解されるように、全PMDベクトル又はシステムのPMDベクトルは、特定のシステム位置及び時間におけるPMDベクトルを指す。
【0037】
図2Aを参照すると、本発明によるPMDを補償する一実施形態の概略的なベクトル図が示される。本発明の方法は、光信号エネルギーの十分な部分量を光伝送システムの単一のPSPへと移すことである。本発明の偏光制御装置及び遅延要素からの寄与のない光伝送システムのPMDベクトルは、ベクトル(ベクトルΩLINK)202によって示される。円形部分203は、ベクトル(ベクトルΩLINK)202と入力偏光ベクトル204によって画定される平面にあるポアンカレ球の部分を表す。一実施形態において、本発明の方法は、結果として生じるPMDベクトル(ベクトルΩTOTAL)208が入力偏光ベクトル204と実質的に同じであるアライメントを有するように、偏光制御ベクトル(ベクトルΩPC)206をベクトル(ベクトルΩLINK)202に追加することによって、表され得る。ここで、入力偏光ベクトル204は、新しいシステムのPMDベクトル(ベクトルΩTOTAL)208上に実質的にある。結果として、光信号エネルギーの十分な部分量は、システムの1つのPSPへ移動し、それにより第1次に対するPMD拡散を実質的に補正することによってPMDの影響を補償する。
【0038】
図2Bを参照すると、光エネルギーの十分な部分量を単一のPSPへ移動させる効果が示される。左側の250上のプロットは、PMD補償前の各PSP252、254の光信号エネルギーを示し、右側251上のプロットは、本発明によるPMD補償後の各PSPの光信号エネルギーを示す。PSP252、254を表す波形と「ゼロ」の線253との間の面積は、波形によって表されるPSPのエネルギーに比例する。図2Bの実施形態において、本発明によって提供されるPMD補償は、速いPSP254からの光信号エネルギーの十分な部分量を遅いPSP252へ移す。しかしながら、理解されるように、光信号エネルギーの全てを単一のPSPに移すことは、本発明にとってあまり重要ではない。それどころか、顕著なPMD拡散を生じさせるのに不十分なエネルギーの部分量は、PMD補償後の速いPSP254に残っているエネルギーによって、右側のプロット251に示されるようなPSPに残ることができる。
【0039】
理解されるように、新しいシステムのDGD、DGDTOTALは、一般にゼロでない。例えば、図2Aのベクトルの長さは、各ベクトルに関連したDGDに比例する。従って、図2Aに示された実施形態の場合、結果として生じるシステムのDGDは、以下のようになる。
【0040】
【数2】
Figure 2004528763
【0041】
ここで、DGDLINKはベクトル(ベクトルΩLINK)202に関連したDGDであり、DGDCOMPは補償ベクトル(ベクトルΩPC)206に関連したDGDである。一実施形態において、DGDCOMPはデータストリームの1ビット期間よりも大きく、好適にはDGDCOMPは、入力偏光ベクトル204上に実質的にあるシステムのPMDベクトル(ベクトルΩTOTAL)208の生成を容易にするためにDGDLINKより大きい。
【0042】
本発明の一態様において、偏光制御ベクトルの追加によって表される物理的プロセスは、偏光制御装置及び遅延要素により提供される。偏光制御装置及び遅延要素は、単一の偏光制御ベクトル、或いは2つ又はそれより多い波長チャネルのそれぞれに対する別個の偏光制御ベクトルを提供することができる。一実施形態において、偏光制御装置は、偏光コントローラと遅延要素を含む。遅延要素は、DGD、DGDCOMPを提供し、偏光コントローラはポアンカレ球上において光信号に対してDGDCOMPの方位を変更する。遅延要素は可変DGDを提供してもよく、又は好適には実質的に固定されたDGDを提供する。偏光制御装置と遅延要素は、単一の集積化光コンポーネント、或いは2つ又はそれより多い光コンポーネントからなることができる。例えば、一実施形態において、偏光制御装置は、2つの光コンポーネント、即ち可変液晶(「LC」)偏光コントローラと偏光保存ファイバとからなり、可変LC偏光コントローラは偏光コントローラとして働き、PMFは遅延要素として働く。
【0043】
偏光制御ベクトルに選択される方位は、システムのPSP特性に基づいて決定される。偏光特性は、光伝送システムの光信号の少なくとも一部分を含むサンプル光信号から突きとめられる。一実施形態において、本発明は、サンプル光信号の2つの異なる(好適には、必ずというわけではないが、直交する)偏光成分間に位相遅延を導入し、干渉信号を生成するように2つの偏光成分に干渉を起こさせる。各偏光成分が一般にシステムの2つのPSPの重ね合わせであるので、結果としての干渉信号は、PSP間の自己相関成分と相互相関成分を含む。
【0044】
本発明の偏光監視とPMD補償の方法は、光伝送システムの2つ又はそれより多い波長チャネルに実質的に同時に適用することに適する。一実施形態において、本発明は、サンプル光信号の2つの異なる(好適には、必ずというわけではないが、直交する)偏光成分間に位相遅延を導入し、干渉信号を生成するように2つの偏光成分に干渉を起こさせる。干渉信号は、各波長チャネルの干渉信号を得ることを容易にするために、スペクトル的に連続した波長サブ帯域へ分散される。
【0045】
複数の位相遅延において得られた干渉信号を用いて、PSPの相対的な振幅と偏光状態及びそれらの間のDGDを突きとめることができる。2つの偏光成分間の位相遅延は(例えば、遅延の全波を通じて)変化するので、干渉信号の強度は周期の一部分を通して正弦曲線的に変化し、観測される周期の一部分は、光伝送システムのDGD、即ちDGDLINKに依存する。結果として、干渉信号の強度Iは、固定測定周波数ωに関して、単位時間における位相遅延dの正弦曲線的関数として次のように表され得る:
I=I+Ccos(dω)+Ssin(dω) 式(3)
式(3)の正弦曲線的信号は、係数I、C、及びSについて解かれ得る。これらの係数から、サンプル光信号の偏光特性とベクトル(ベクトルΩLINK)を求めることができる。
【0046】
それに対応して、干渉信号が2つ又はそれより多い波長サブ帯域に関して得られる実施形態において、各波長サブ帯域の干渉信号の強度I(ω)は、位相遅延の正弦曲線的な関数として次のように表され得る:
I(ω)=I+Ccos(dω)+Ssin(dω) 式(4)
ここで、ωは関連する波長サブ帯域に対応する周波数である。式(4)の正弦曲線的な信号は、係数I、C、及びSについて解かれ得る。更に、第1次のPMDの極限において、CとSの係数も周波数の正弦曲線的な関数であり、次のように表され得る:
C(ω)=C+Ccos(τω)+Csin(τω) 式(5)
S(ω)=S+Scos(τω)+Ssin(τω) 式(6)
ここで、τは波長チャネルの光信号のDGDに関連した時間遅延である。任意のデータ集合に関して、これらの式は、DGDのτ、及びS(ω)とC(ω)の係数について解かれ得る。これらの係数から、各波長チャネルのPSP特性を求めることができる。
【0047】
別の実施形態において、本発明は、第2の一連の位相遅延を導入する前にサンプル光信号の偏光成分に関する偏光軸の回転方位を変更する。この冗長性は、装置が取得されたデータから全ての必要な偏光情報を計算できない場合を取り除く。2つ又はそれより多い回転方位において得られた結果として生じた干渉信号は、PSPの自己相関と相互相関に追加の情報を提供する。一実施形態において、本発明は、2つ又はそれより多い回転方位のそれぞれについて(1)サンプル光信号の2つの偏光成分間に位相遅延を導入し、次いで(2)任意の回転方位に対して干渉信号を生成するように2つの偏光成分に干渉を起こさせる。この実施形態の1つのバージョンにおいて、干渉信号は2つの異なる回転方位に対して得られる。1つのバージョンにおいて、第1の回転方位は、偏光軸の0°の回転(即ち、回転しない)によって生じ、第2の回転方位は、偏光軸の45°の回転によって生じる。しかしながら、理解されるように、軸の正確な回転方位は本発明にとってあまり重要ではなく、むしろ非縮退回転方位の任意のセットが使用され得る。また、各回転方位に対して結果として生じる干渉信号は、式(3)と同じ関数形態を有する位相遅延の正弦曲線的な関数としても表され得る。
【0048】
更に、位相遅延を導入する前にサンプル光信号の偏光軸の回転方位を変更する方法は、2つ又はそれより多い波長チャネルに実質的に同時に適用することに適する。一実施形態において、2つ又はそれより多い回転方位のそれぞれに関して、本発明は、サンプル光信号の2つの偏光成分間に位相遅延を導入し、任意の回転方位に対して干渉信号を生成するように2つの偏光成分に干渉を起こさせる。次いで、干渉信号はスペクトル的に連続した波長サブ帯域へ分散され、任意の回転方位に関して各波長チャネルの干渉信号を得ることを容易にする。また、各回転方位φに対して結果として生じる干渉信号は、式(4)と同じ関数形態を有する位相遅延の正弦曲線的な関数としても表され得る。
【0049】
例えば、φ=0°及びφ=45°のような2つの回転方位を用いる場合、各波長サブ帯域に対する結果としての干渉信号は、以下のように表される。
【0050】
【数3】
Figure 2004528763
【0051】
これらの正弦曲線的な信号は、各波長サブ帯域に関して、I 、C、I 45、C45、及びS45について解かれ得る。更に、第1次のPMDの極限において、CφとSφの係数は、正弦曲線的な横断周波数でもあり、以下のように表され得る。
【0052】
【数4】
Figure 2004528763
【0053】
任意のデータセットに関して、これらの式は、DGDτ、及びS(ω)とC(ω)の係数について解かれ得る。これらの係数から、各波長チャネルのPSP特性を求めることができる。
【0054】
例えば、波長チャネルの光信号のPSP特性は以下の式から求められ得る。
【0055】
【数5】
Figure 2004528763
【0056】
ここで、Iinputは、監視装置への入射強度を表し、例えば、半波により分離された2つのディザ設定に関して検出された強度を合計することにより、又は一連の測定値の対の強度を合計することにより求められ得る。監視装置におけるPMDベクトルは、Elx、Ely、及びεによって与えられる主偏波状態の方へ実質的に向けられ、一方、ベクトルの長さはDGDτにより求められる。
【0057】
別の態様において、本発明は、PSP特性の測定を容易にする装置を提供する。種々の実施形態において、装置は偏光監視装置と偏光状態生成器を含む。本発明による偏光監視装置の種々の実施形態は、本発明の方法に関する種々の実施形態の更なる説明に関連して以下に説明される。
【0058】
図3Aと図3Bを参照すると、種々の実施形態において、本発明による偏光監視装置は、回転子302、位相遅延生成器304、305、干渉計306、波長分波器308、及び検出器310を含む。図3Aと図3Bに示されるように、一実施形態において、サンプル光信号301は回転子302を通過し、その回転子302によって、サンプル光信号の偏光楕円の回転方位が位相遅延生成器304、354の光軸に対して変更されることを可能にする。適切な回転子は、入射の楕円形を実質的に維持しながら、光信号の偏光軸を回転させる(偏光回転子)及び/又は位相遅延生成器の光軸を回転させることができる任意の要素を含む、
【0059】
例えば、適切な回転子は、以下に限定されないが、ファラデー回転子、速波軸が方位角において所望の回転角度の半分だけ整列または分離された2つの切り換え可能半波長板、及び速波軸が所望の回転角度の半分だけ分離された2つの可変位相リターダを含む。別の実施形態において、回転子は、位相遅延生成器の光軸を回転させる。係る位相遅延生成器は、例えば位相遅延生成器、又は切り換え可能な光軸を有する位相遅延生成器を物理的に回転させる要素を含むことができる。
【0060】
他の実施形態において、本発明の偏光監視装置は、回転子を含まず、干渉信号は、サンプル光信号の偏光軸の2つ又はそれより多い回転方位において得られない。例えば、サンプル光信号の偏光軸が、可変リターダを含む位相遅延生成器の光軸に沿って存在しない場合、回転子は必要ない。しかし、実際にサンプル光信号の偏光軸が位相遅延生成器の光軸に沿って実質的に線形に偏光される場合、サンプル光信号の2つの偏光成分間に位相遅延は追加されず、この問題に対処するために、回転子が位相遅延生成器の前に追加されてもよい。
【0061】
図3Aと図3Bを再び参照すると、一実施形態において、サンプル光信号は回転子302から位相遅延生成器304、354へと送られ、その位相遅延生成器は、サンプル光信号の一方の偏光成分を他方に対して遅延する。他方に対して一方の偏光成分を遅延することは、例えば偏光成分を異なる長さの光路を介して、又は可変複屈折要素を介して伝播させることにより達成され得る。種々の実施形態において、位相遅延生成器は、可変複屈折要素304を含む。適切な可変複屈折要素は、以下に限定されないが、可変リターダを含む。好適には、可変リターダは、電気光学の及び/又は液晶の波長板を含む。他の実施形態において、位相遅延生成器は、偏光成分を異なる長さの光路を介して伝播させる要素を含む。
【0062】
図3Bを参照すると、一実施形態において、位相遅延生成器354は、偏光分割ビームスプリッタ355と可変遅延要素357を含む。次いで、サンプル光信号は、偏光ビームスプリッタ(「PBS」)355によって2つのビームへ分割され、一方の偏光成分(例えば、E)は透過し、他方(例えば、E)は反射される。各アームにおける4分の1波長板及び反射器359は、偏光を回転させ、ビームスプリッタ後の2つのビームを再結合する。可変位相遅延は、2つの伝播光路間に可変リターダンスを生じさせる可変遅延要素357により、分離されたビーム(即ち、偏光成分)の一方に導入される。可変遅延要素の可能な実施例は、以下に限定されないが、固定軸液晶リターダ、可変リターダンス波長板、及び少なくとも1つの4分の1波長板の背後に配置された空間的可変ミラーを含む。
【0063】
図4を参照すると、回転子402と位相遅延生成器404の好適な実施形態が示される。好適には、回転子402は、第1の切り換え可能半波長板403と第2の切り換え可能半波長板405を含み、位相遅延生成器404は、半波長板403と405の速波軸413、415に対して固定された方位でそろえられた速波軸を有する可変リターダを含む。一実施形態において、第2の半波長板405の速波軸の方位は、第1の半波長板403の速波軸に対してφ/2(425)だけ回転し、サンプル光信号の偏光軸の回転方位を、位相遅延生成器404の光軸に対してφだけ変化させる。次いで、その方位は、半波長板のリターダンスをゼロに変更することによりリセットされ得る。
【0064】
図3Aと図3Bを再び参照すると、サンプル光信号は、位相遅延生成器304、354から干渉計306へ送られる。干渉計306は、サンプル光信号の直交する偏光成分を、それらの間で干渉を生じることができる条件下で混合し、それにより干渉信号を生成する。好適には、干渉計は、45°直線検光子を含む。しかしながら、理解されるように、光信号の偏光成分を、それらの間で干渉を生じる条件下で再結合できる任意の光学要素又は光学要素の構成は、本発明の偏光監視装置の干渉計として機能することができる。
【0065】
本発明の種々の実施形態において、干渉計により生成された干渉信号は、検出器により測定される。種々の他の実施形態において、干渉信号は、スペクトル的に連続した波長サブ帯域へ分散され、異なる検出器要素が、光伝送システムの特定の波長チャネルに対応する干渉信号を受け取る。検出器要素は、検出器のアレイ、例えば2つ又はそれより多い物理的に独立した検出器、或いは集積化された検出器アレイからなることができる。適切な検出器アレイの例には、以下に限定されないが、電荷結合素子(「CCD」)のアレイ、集積化されたフォトダイオードのアレイ、及び別個の検出器のアレイが含まれる。電気通信の用途において、InGaAsフォトダイオードが、アレイ及び別個の検出器用途に好適である。しかしながら、本明細書及び特許請求の範囲において使用される場合、理解されるように、用語「検出器のアレイ」と「検出器アレイ」は交換可能に使用され得る。即ち、要素が用語「検出器のアレイ」によって説明される場合、理解されるようにその用語は「検出器アレイ」も包含し、逆の場合も同様である。
【0066】
図3Aと図3Bを再び参照すると、一実施形態において、干渉計306により生成された干渉信号は、サンプル光信号をスペクトル的に連続した波長サブ帯域へとスペクトル的に分散する波長分波器308を通過する。結果として、分波器308は、各波長サブ帯域に干渉信号を提供する。一実施形態において、光信号(例えば、DWDM信号等)の各波長チャネルは、少なくとも2つの波長サブ帯域へとスペクトル分散することによって分割される。好適には、波長分波器は、各波長チャネルを5〜15個の波長サブ帯域へ分割する。適切な波長分波器の例には、以下に限定されないが、自由空間及び平面の実施において、アレイ導波路格子(AWG)、体積位相グレーティング(volume phase grating)分光計、及び反射グレーティング分光計が含まれる。
【0067】
干渉信号を各波長サブ帯域の干渉信号へとスペクトル的に分散することにより、光信号の多重波長チャネルのPSP特性の測定が容易になる。更に、検出器アレイにわたって干渉信号をスペクトル的に分散させることにより、多重チャネルの干渉信号が実質的に同時に測定されることが可能になる。例えば、一実施形態において、波長分波器308は、検出器アレイ310にわたるスペクトル的に連続したサブ帯域へ干渉信号をスペクトル的に分散する。次いで、検出器アレイ310の素子の異なる集合が、異なる波長チャネルに対応する干渉信号を実質的に同時に受け取る。結果として、多重波長チャネルの干渉信号が実質的に同時に測定されることができ、この情報が偏光状態生成器によって使用され、多重波長チャネルに関するPSPの相対的振幅と偏光状態及びDGDが求められる。
【0068】
偏光状態生成器は、アナログ装置及び/又はデジタル装置からなることができる。偏光状態生成器は、光信号のPSPの偏光状態と相対的振幅、及びそれらの間のDGDを求める。一実施形態において、偏光状態生成器は、サンプル光信号の2つまたはそれより多い回転方位のそれぞれにおける複数の位相遅延に関して測定された干渉信号に基づいてPSP特性を求める。更に、偏光状態生成器は、サンプル光信号の1つ又は複数の回転方位のそれぞれにおける複数の位相遅延に関して測定された干渉信号に基づいて多重波長チャネルのPSP特性を実質的に同時に求めることができる。好適には、偏光状態生成器は、異なる波長チャネル内の異なる波長サブ帯域について観測された干渉信号間の関係に基づいても多重波長チャネルのPSP特性を求める。
【0069】
一実施形態において、偏光状態生成器は、実質的に式(3)〜(6)によるロジックを用いてPSP特性を求める。別の実施形態において、偏光状態生成器は、実質的に式(7)〜(19)によるロジックを用いてPSP特性を求める。しかしながら、理解されるように、偏光状態生成器は、サンプル光信号の1つ又は複数の回転方位のそれぞれにおける複数の位相遅延の干渉信号に基づいてPSP特性を求めるのに適した任意のロジックを使用できる。
【0070】
偏光状態生成器のロジックは、アナログ回路、デジタル回路によって、及び/又は汎用コンピュータのソフトウェアとして実施され得る。偏光状態生成器は、PSPの相対的振幅と偏光状態、及びそれらの間のDGDの、例えばプリンタ又はコンピュータスクリーンによって生成されるような人間読取り可能な表示を生成することができる。しかしながら、偏光状態生成器が人間読取り可能な出力又は機械読取り可能な出力のみを生成するか否かは、本発明にとってあまり重要ではない。例えば、偏光状態生成器は、光伝送システムのPMDを補償する偏光制御装置を制御するのに十分な機械読取り可能電気信号のみを生成してもよい。
【0071】
理解されるように、本発明の偏光監視装置の様々な実施形態は、求められる偏光特性が任意の波長チャネルにおける光のストークスベクトルを計算するのに十分であるので、マルチチャネルストークスベクトル偏光計として使用することに適する。また、偏光監視装置の実施形態は、1つの波長チャネルのスペクトルによって照射される1つ又は複数の検出器素子上の平均強度が、チャネルの平均パワーの測定をもたらすので、マルチチャネルパワー監視装置として使用することにも適する。最後に、偏光監視装置の実施形態は、各監視装置の検出器チャネルの平均強度が、検出器サイズとグレーティングの分散に対応するスペクトルのビンにおけるパワーの測定をもたらすのでマルチチャネルスペクトルアナライザとして使用され得る。
【0072】
一実施形態において、本発明は、光伝送システムにおいて光信号のPMDを補償するための装置を提供する。図5と図6を参照すると、PMD補償装置の種々の実施形態が示される。補償装置は、偏光監視装置503、603、偏光状態生成器517、617、及び補償段521、621を含む。偏光監視装置と補償段は、本明細書で説明される任意の実施形態を含むことができる。例示されるように、図5の偏光監視装置503は、図3Aとそれに伴う説明で示されたものと実質的に同じであり、図6の偏光監視装置603は、図3Bとそれに伴う説明で示されたものと実質的に同じである。
【0073】
動作において、偏光監視装置503、603は、サンプル光信号の1つ又は複数の回転方位のそれぞれに対する複数の位相遅延における干渉信号の測定値を偏光状態生成器517、617に提供する。次いで、偏光状態生成器517、617は、偏光監視装置503、603によって提供された測定値に基づいて、光信号、或いは光信号の1つ又は複数の波長チャネルのPSP特性を求める。一実施形態において、偏光状態生成器517、617は、補償段521、621の偏光制御装置522、622に制御信号を提供する偏光制御装置ドライバ530、630に制御信号を提供し、次いで補償段521、621は、光信号のエネルギーを光伝送システムの実質的に1つのPSPへ移すような選択可能な方位において光信号にDGDを追加する。代案として、前述したように、補償段は、1つのPSPの偏光状態が光信号のものと実質的に同じであるように光伝送システムのPSPを修正するものとも見なされ得る。
【0074】
図5と図6を再び参照すると、種々の実施形態において、補償段は、偏光制御装置522、622、及び遅延要素524、624を含む。好適には、遅延要素524、624は、補償されるべきPMDに関連した光伝送システムのDGDより大きい実質的に固定されたDGDを有する。従って、遅延要素524、624が実質的に固定されたDGDを有する場合、偏光制御装置ドライバ530、630は、偏光制御装置522、622に制御信号のみを提供する。しかしながら、理解されるように、偏光制御装置ドライバ530、630及び/又は偏光状態生成器517、617は、センサ(例えば、温度、位置、パワー他)に限定されないが、システム診断及び制御システム、システムクロック他を含む種々のソースから入力信号を受け取り、PMD補償を容易にすることができる。例えば、遅延要素524、624のDGDは、温度と共に変動し、結果として、遅延要素温度センサからの入力信号を用いて遅延要素のDGDを求めることができる。
【0075】
図5と図6に例示されるように、補償段521、621は、光伝送システムの多重波長チャネルにおいてPMDを補償するように適合される。例示された実施形態において、補償段521、621は、(ソースからレシーバまでの一般的な光信号の光路の順序で)波長分波器526、626、偏光制御装置522、622、波長合波器528、628、及び遅延要素524、624を含む。波長分波器526、626は、線551、651により表されるように、光信号をスペクトル的に連続した波長サブ帯域へ分散する。波長チャネルのエネルギーの十分な部分量が、対応する波長チャネルの単一のPSP内にあるような方位において、遅延要素524、624のDGDが追加されるように、偏光制御装置は、各波長チャネルで動作する。概して、偏光制御装置は、各波長チャネルの異なる方位においてDGDを追加する。その結果として、波長合波器は、偏光制御装置によって操作された光(線553、653によって表される)を再結合する。
【0076】
図5と図6に例示されるように、補償段521、621は、点501、601から点599、699まで進む光信号の光路が光学監視装置に遭遇する前に補償段を通過するという意味において、偏光監視装置503、603に先行する。しかしながら、理解されるべきは、補償段の配置が偏光監視装置の「前」又は「後」であるということは本発明にとってあまり重要ではない。例えば、偏光監視装置が偏光制御装置に先行する場合、偏光制御装置のジョーンズ又はミュラー行列を用いて偏光制御装置の2つの端部間で偏光状態を変換できる。
【0077】
本発明において有用な補償段は、種々の形態をとることができる。好適には、制御装置の遅延要素は、偏光保存ファイバ(「PMF」)を含む。しかしながら、適切な遅延要素は、以下に限定されないが、自由空間及びファイバ遅延要素、或いは方解石又はバナジン酸イットリウムのような複屈折結晶を含む。適切な波長合波器及び分波器は、図3A、図3B、図5、及び図6に例示されるように、グレーティング307、537、637、及び分散コリメータ309、539、639を含むことができる。更なる適切な波長分波器及び合波器は、以下に限定されないが、自由空間及び平面の実施において、アレイ導波路格子(AWG)、体積位相グレーティング分光計、及び反射グレーティング分光計を含む。また、適切な偏光制御装置も、種々の形態をとることができる。例えば、偏光制御装置は、電気光学結晶から構成された一連の可変波長板、ニオブ酸リチウム波長板、液晶、ファイバスクィーザ、及びシリカ系応力リターダを含むことができる。
【0078】
好適には、補償段は、実質的に固定されたDGDを有する遅延要素とLC偏光コントローラとを含む。図7を参照すると、LC偏光コントローラの好適な実施形態が示される。LC偏光コントローラ701は、4つのLC波長板702、704、706、及び708のスタックを含む。好適には、LC波長板のスタックは、10mm未満の厚みであり、好適にはLC波長板の絶対的リターダンス誤差は、波長板当たり4nmより大きくない。
【0079】
好適には、各LC波長板は、導電性インジウムスズ酸化物(ITO)のコーティングで被覆された光学品質ガラスの間に収容されたLCセル710のアレイを含む。それぞれの個々のLCセルは、対象となる波長帯域において実質的に0から1.2波までの可変波長板として機能し、個々のITO電極により制御され得る。LCセルは、好適には3ms未満の応答時間で電気的に制御される。例えば、素子の温度を上げることにより、一時的に応答を短くできる。
【0080】
4つの波長板702、704、706、及び708は好適には、それぞれ0°、45°、0°、及び45°において公称上それらのこすり(rub:磨く)方向を有するように構成され、ガラスに対して対象となる波長領域に整合された屈折率の光学的に透明なエポキシで互いに積層される。好適には、セルの位置合わせ(x−y方向において)は、第1のLC波長板702と最後のLC波長板708との間で25μm余りである。更に、LC偏光コントローラは、前部集積レンズアセンブリ712及び/又は後部集積レンズアセンブリ714を更に含むことができる。
【0081】
好適には、個々のLCセルは、各通信チャネルの分波器が各セルの活性領域を介して伝送した後に各ITU格子の間隔の90%より大きいようなサイズになっている。言い換えれば、ITUチャネル間の帯域幅の10%未満が、LCセル間のセル間ギャップ716から失われるのが好ましい。
【0082】
幾つかの実施形態において、上述した方法の機能は、汎用コンピュータのソフトウェアとして実施され得る。更に、係るプログラムは、コンピュータのランダムアクセスメモリの一部分に取っておき、回転子の制御、位相遅延生成器の制御、干渉計の制御、干渉信号の測定、偏光制御装置の制御、並びに測定された干渉信号との動作及びその干渉信号に対する操作に影響を与える制御ロジックを提供することができる。係る実施形態において、プログラムは、フォートラン、パスカル、C、C++、又はベーシックのような多数の高レベル言語の任意の1つによって書かれ得る。更に、プログラムは、スクリプト、マクロ、或いはエクセル又はビジュアルベーシックのような市販ソフトウェアに組み込まれた機能で書かれ得る。更に、ソフトウェアは、コンピュータに常駐するマイクロプロセッサ向けのアセンブリ言語で実施され得る。例えば、ソフトウェアがIBM PC又はPCクローンで実行するように構成された場合、それはインテル80x86アセンブリ言語で実施され得る。ソフトウェアは、以下に限定されないが、フロッピー(R)ディスク、ハードディスク、光ディスク、磁気テープ、PROM、EPROM、又はCD−ROMのような「コンピュータ読取り可能媒体」を含む製造品に組み込まれ得る。
【0083】
偏光監視及びPMD補償の例
図5と図8を参照すると、光伝送システムにおいてPMDに対する監視と補償を行う一実施形態の例は、以下の通りである。サンプル光信号は、90/10光学タップ502でもって光伝送システムから分岐され、光結合器504を介して偏光監視装置503へ入力する。偏光監視装置は、偏光回転子506、可変リターダからなる位相遅延生成器508、45°直線偏光子からなる干渉計510、波長分波器512、及び多素子熱電子(「TE」)冷却されるInGaAsアレイからなる検出器のアレイ514を含む。
【0084】
図5の偏光監視装置構成のこの例において、単一の更新期間に関するデータ収集の順序は、以下の通りである。即ち、
(1)サンプル光信号の偏光軸を角度φ(例えば、0°)だけ回転させるように偏光回転子506を設定する。
(2)可変リターダ508によって提供される位相遅延(例えば、ディザ位相遅延)を、例えば次のものを通じて変更する:
a.0〜1の波の正弦曲線的変化のような連続周期的リターダンス(位相遅延)特性、又は
b.幾つかの別個のリターダンス(位相遅延)ステップ。
(3)ステップ2の間、各回転子−リターダ設定に対する波長分波器512によって提供されるスペクトル的に連続した波長帯域の干渉信号を検出器アレイ514で測定する。
(4)サンプル光信号の偏光軸を角度φ(例えば、45°)だけ回転させるように偏光回転子506を設定する。
(5)ステップ2と3を繰り返す。
代案として、偏光回転子は、位相遅延がゆっくりと変更される又はステップされるように、2つの回転方位間のサンプル光信号をディザリングすることができる。
【0085】
この例に関するデータ収集制御信号は、図8に模式的に示される。偏光回転子は、50%のデューティサイクルで動作し、即ち実質的に等しい時間が、回転子制御信号パターン801によって示されるように2つの回転方位φ811とφ812で費やされる。各偏光回転子の位置、即ちサンプル光信号の各回転方位において、位相が位相遅延生成器でディザリングされ、位相ディザ時間ウィンドウ831内のサンプル光信号の偏光成分間に複数の位相遅延を生じる。位相ディザは、位相遅延又は一連の位相遅延ステップの連続した一時的変動とすることができる。位相遅延は、その全波又は一部分を通じて変更され得る。位相遅延生成器制御信号パターン803によって示されるように、この例において、位相ディザは、時間ウィンドウ831中に1の全波λと0の間に4つの位相遅延ステップを含む。
【0086】
図5と図8に関連して、データ収集の間、位相遅延されたサンプル光信号は、干渉計510を通過し、波長分波器512でもって検出器アレイ514上へスペクトル的に分散される。検出器アレイは、波長チャネルに分散された信号を測定し、各チャネルはアレイの素子の異なる集合にある。従って、検出器アレイは、波長チャネルの全てに関して実質的に同時に干渉信号を測定する。検出器アレイのデータ取得パターン802は、偏光回転子と位相遅延生成器の変化量に対する干渉信号の検出器測定のタイミング(即ち、検出器の露光)821を示す。位相遅延は、各検出器の露光にわたって一定に保持されるか、又は傾斜の変化をつけられてもよい。
【0087】
偏光状態生成器517は、光信号の所望のスペクトル幅に広がる波長サブ帯域の全ての干渉信号を処理する。偏光状態生成器の処理のパターン804は、他のデータ収集動作に対する干渉信号測定処理のタイミング841を示す。偏光状態生成器は、PSP特性を求め、この情報に基づいて、偏光制御ベクトルが、光信号の所望のスペクトル幅に広がる波長チャネルについて求められる。制御ベクトルの測定のパターン806は、他のデータ収集と処理動作に対する偏光制御ベクトルの測定のタイミング861を示す。この例において、偏光制御ベクトルは、実質的に式(7)〜(12)、及び(13)〜(19)に従って各波長チャネルの干渉信号の測定された強度から求められる。
【0088】
偏光制御ベクトルに基づいて、偏光制御装置ドライバ530が、偏光制御装置522の駆動信号を決定し、偏光制御装置522は、各波長チャネルの光信号エネルギーの十分な部分量をチャネルの単一のPSPへと移す。偏光制御装置ドライバのパターン808は、他のデータ収集と処理動作に対する偏光制御装置の駆動信号の印加のタイミング881を示す。
【0089】
好適な実施形態において、補償段は、以下の通りに光信号のPMDを補償する。最初に、信号が波長分波器526によってスペクトル的に分散され、1つの波長チャネルがマルチチャネル偏光制御装置522の各チャネル(即ち、素子の集合)を通過する。次いで、その波長チャネルの光が、波長合波器528によって再結合され、補償されるべきDGDの量より大きいDGDを有する単一の偏光保存ファイバ524からなる遅延要素へ送らる。偏光制御装置522は、光信号の偏光状態が伝送システムにPMD補償器を加えた組み合わせのPSPに一致するように各チャネルの偏光状態を変更する。好適には、偏光監視装置503のサンプル光信号は、偏光制御装置のフィードバック信号と診断信号が求められ得るように偏光制御装置の後で伝送システムから分岐される。しかしながら、理解されるべきことは、上述したように偏光制御装置のフィードバック及び/又は反復の制御は、本発明にとってあまり重要ではない。
【0090】
図8に示されるように、データ収集の開始からPMD補償の完了までの時間間隔、即ちこの例における更新サイクル807は、8msである。時間のパターン805は、この時間の約3msがデータ収集に費やされ、そのデータ収集において約2msが複数の位相遅延及び第1の検出器露光851における回転方位において干渉信号を生成することに費やされ、約1msが、複数の位相遅延及び第2の検出器露光852における回転方位において干渉信号を生成することに費やされる。更に、一実施形態において、各検出器露光期間851、852に関して、少なくとも6回の測定855、856が行われる。例示されたように、第1の検出器露光期間851に関して、測定855は実質的に等しい持続時間からなる(例えば、各測定は、第1の検出器露光期間851及び6回の測定855の2msに関して1msの長さの約1/3である)。同様に、第2の検出器露光期間852について、測定856は実質的に等しい持続時間からなる(例えば、各測定は、第2の検出器露光期間852及び6回の測定856の1msに関して1msの長さの約1/6である)。
【0091】
時間のパターン805は、この例における更新サイクルの約2msがデータの処理及び/又は偏光回転子と位相遅延生成器の傾斜付け853に費やされ、約3msが偏光制御装置522の駆動及び光信号のPMD補償に費やされることを更に示す。特定の用途において、データ収集とPMD補償のプロセスは、PMDの度合いの変化及び/又はある期間にわたる伝送システムのPSPの変化に対処するために繰り返される。この例において、本発明によって提供されるPMD補償サイクルは、125Hzの周波数で動作する。
【0092】
本発明は、特定の実施形態に関連して特に図示されて説明されてきたが、当業者によって理解されるように、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の思想と範囲から逸脱することなく、形態及び細部に様々な変更を行うことができる。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって示され、それ故に、特許請求の範囲の等価物の意味と範囲内に入る全ての変更は、包含されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【0093】
【図1】光伝送システムのPMDベクトルとPSPのポアンカレ球による表現を示す図である。
【図2A】本発明のPMD補償方法の一実施形態を示す図である。
【図2B】本発明のPMD補償方法の一実施形態を示す図である。
【図3A】本発明の偏光監視装置の種々の実施形態を示す略図である。
【図3B】本発明の偏光監視装置の種々の実施形態を示す略図である。
【図4】本発明の回転子と位相遅延装置の一実施形態を示す略図である。
【図5】本発明のPMD補償装置の一実施形態を示す略図である。
【図6】本発明のPMD補償装置の一実施形態を示す略図である。
【図7】本発明の補償段の偏光コントローラの一実施形態を示す略図である。
【図8】本発明の偏光監視方法の一実施形態を示す略図である。【Technical field】
[0001]
The present invention relates to the field of optical transmission systems. In particular, the invention relates to monitoring and modifying optical signals in optical transmission media.
[0002]
Cross reference to related application
This invention claims the benefit of US Provisional Application Serial No. 60 / 276,982, filed March 19, 2001.
[Background Art]
[0003]
An input data stream of an optical transmission system can be viewed as a series of write pulses representing digital bits. The bit rates of current optical transmission systems range from 10 GHz to 40 GHz, typically resulting in write pulses (or bit periods) each being 100 to 25 picoseconds wide. The receiver of the optical transmission system determines, for each bit period, whether a write pulse has been received (digital 1) or not (digital 0) by each bit period of the data stream. To a digital one or zero. Polarization mode dispersion (PMD) is a phenomenon that can distort the write pulses of a data stream and thus reduce the ability of a receiver to determine whether to convert a bit period to a one or a zero. As a result, PMD limits the transmission accuracy and capabilities of optical transmission systems.
[0004]
Polarization mode dispersion results from the birefringence of the transmission medium of an optical transmission system. Due to the imperfections and asymmetric stresses of the optical fiber that result in a non-circular fiber core, birefringence exists even in the transmission medium consisting of what is called "single-mode" optical fiber. An ideal single mode optical fiber has a circular core, ie, a core that is isotropic and non-eccentric. Such an ideal fiber is isotropic, that is, the index of refraction of the fiber is independent of the electric field, or in other words, the direction of polarization. The anisotropy (e.g., eccentricity) of an optical fiber core leads to birefringence, so that different polarizations propagate through the optical fiber at different velocities.
[0005]
The propagation of light in an optical fiber can be considered to be controlled by two fundamental modes or major modes. These principal modes are known as "primary polarization states (PSP)". If a PSP is introduced into the fiber link, the polarization at the output of the link will be substantially constant for the first order of frequency. In an ideal single mode fiber, the PSP is degenerate, or indistinguishable. The anisotropy of the fiber core overcomes this degeneration. As a result, the PSP travels at different group velocities and separates into two temporally displaced pulses. The separation of PSPs due to different group velocities is known as polarization mode dispersion (PMD), and the temporal spread between two PSPs is known as group delay time difference. Due to this temporal spread, a write pulse in one bit period of the data stream may overlap another bit period. This overlap reduces the ability of the receiver to determine whether to convert a bit period to a one or a zero. Therefore, PMD is a problem for optical transmission systems, resulting in data ambiguity, data loss, data contamination, and limited transmission capabilities.
[0006]
Various methods have been proposed for the PMD problem, each of which has its limitations. For example, polarization-maintaining optical fibers maintain the polarization of the input through unique optical properties such as stress-induced anisotropy introduced by internal stress members into the birefringent fiber, and reduce the optical power between the PSPs. Designed to prevent cross coupling. Unfortunately, this specialty fiber is not only expensive, does not extend to large-scale replacement, and cannot address PMD in existing "heritage" fiber networks.
[0007]
Current electronic methods, such as electrical distortion equalizers, also exhibit disadvantages. These methods, which generally use the notch of the RF frequency response (ie, the minimum value of the response) in the receiver as an indicator of DGD, require modification of conventional receiver electronics and require high speed digital or RF electronics. Tend to need.
[0008]
Optical measurement methods generally require that the laser source be perturbed by polarization scrambling or by the introduction of frequency sidebands, or that only indirect or qualitative measurements of the polarization properties of the PMD be made. And In optical transmission systems, perturbing the laser source for optical measurements is generally not practical and interrupts data transmission. Methods that utilize only indirect or qualitative measurements of PMD polarization properties, such as DGD and Degree of Polarization ("DoP") measurements, require the use of an iterative procedure that compensates for PMD only after multiple operations. I do. However, such operations are time consuming, and thus such repetitive compensation methods have drawbacks with respect to applications for high speed transmission systems.
[0009]
Therefore, there is a need for a method of providing a reliable PMD measurement that allows faster compensation for the effects of PMD without interrupting data transmission.
[0010]
Summary of the Invention
The present invention provides a method and apparatus for obtaining a direct measurement of PMD polarization properties without perturbing the laser source and compensating for the effects of PMD in a single operation. The present invention compensates for PMD by substantially moving the optical signal of an optical transmission system to a single PSP in a system that includes a compensator. As a result, each write pulse of the data stream is not substantially mixed with a temporally adjacent write pulse or bit period.
[0011]
In one aspect, the present invention provides a method for compensating for PMD of an optical signal in an optical transmission system. In one embodiment, the method measures the PMD polarization characteristics of a fiber link by introducing a phase delay between two different polarization components of the sample optical signal from the optical transmission medium. The method causes interference between the two polarization components and measures the resulting interference signal. The method then determines the relative amplitude and polarization state (eg, orientation and ellipticity) of the DGD and PSP using the interference signals measured at the multiple phase delays. The relative amplitude and polarization state of the DGD and PSP provide a direct measure of PMD polarization properties. As used herein, the term “PSP characteristic” refers to the polarization state and relative amplitude of the PSP, and the DGD between them. The polarization state and the relative amplitude of the PSP also provide a direct measure of the polarization state of an optical signal in an optical transmission system. Based on the PSP characteristics, the present invention provides a method for moving an optical signal that transfers a sufficient fraction of the optical signal energy to a single PSP of an optical transmission system, preferably in a single operation, to compensate for PMD effects. Call for correction. The "sufficient sub-quantity" may be selected by those skilled in the art, for example, to provide an appropriate system outage probability or power penalty.
[0012]
As used herein, the term "sufficient partial amount" refers to an amount that is sufficient to prevent a bit error rate due to PMD effects for a particular transmission system or data transmission. For example, if the data transmission involves data that is very redundant and resistant to corruption, the sufficient fraction can be reduced. Similarly, if only a low data transmission rate is desired, the sufficient fractional amount can be reduced. Conversely, if it is desired to operate the transmission system with high capacity and / or high data accuracy (ie, low ambiguity, low loss, or low corruption bit error rate of the data), a sufficient fractional amount is very small. Or even include substantially transferring the entire energy of the optical signal to a single PSP. Thus, as will be appreciated by those skilled in the art, a sufficient fraction of the optical signal energy to transfer can be determined in a simple manner (without undue experimentation). For example, a sufficient portion may include substantially all of the optical signal energy.
[0013]
In another embodiment, the method measures PMD polarization properties by rotating the orientation of the polarization axis of the sample optical signal and introducing a phase delay between two different polarization components of the sample optical signal. The method causes interference between the two polarization components and measures the resulting interference signal. The method then uses the interference signal measured with two or more phase delays for each of two or more rotational orientations of the polarization axis of the sample optical signal to determine the PSP characteristics of the optical signal. Ask. Based on PSP characteristics, the present invention seeks a modification to an optical signal that moves a sufficient fraction of the optical signal energy to a single PSP in an optical transmission system in a single operation.
[0014]
In another embodiment, the method of the present invention provides that a single operation transfers a sufficient fraction of the optical signal energy to a single PSP of an optical transmission system embodying an incident fiber link and a PMD compensator. In such an operation, the PMD of the optical transmission system is compensated by adding a DGD vector to the incident optical signal.
[0015]
In a preferred embodiment, the present invention determines the PSP characteristics of multiple wavelength channels in an optical fiber, substantially in parallel, as present in dense wavelength division multiplexed ("DWDM") fibers. These properties include the polarization state of the PSP, the relative amplitude of the PSP (ie, the energy ratio between the two PSPs), the DGD, and the sum of the power for the multiple wavelength channels of the data stream. The bandwidth of each wavelength channel is determined mainly by the line width of the laser source and the data modulation bandwidth of the optical signal.
[0016]
In one version of this embodiment, the method introduces a phase delay between two different polarization components of the sample optical signal. The method causes two polarization components to interfere to generate an interference signal, disperses the interference signal into spectrally continuous wavelength bands, and measures the interference signal for each wavelength sub-band. Then, the method measures an interference signal for each wavelength sub-band in the plurality of phase delays and determines a PSP characteristic for each wavelength channel. Based on the PSP characteristics of a channel, the present invention determines a modification to the optical signal of each wavelength channel that transfers a sufficient portion of the optical signal energy of that wavelength channel to a single PSP for that channel in a single operation. I do.
[0017]
In another version of this embodiment, the method rotates the orientation of the polarization axis of the sample optical signal and introduces a phase delay between two different polarization components of the sample optical signal. The method causes interference between two polarization components to generate an interference signal, disperses the interference signal of each channel into spectrally continuous wavelength sub-bands, and measures the interference signal for each wavelength sub-band. The method then measures the interference signal of each wavelength sub-band at two or more phase delays for each of the two or more rotation orientations of the optical signal polarization axis and calculates the PSP characteristics of the corresponding wavelength channel. Ask for. Based on the PSP characteristics of the channel, the present invention determines a modification to the optical signal that moves a sufficient portion of the optical signal energy of the wavelength channel to a single PSP of the channel in a single operation.
[0018]
In a preferred embodiment, the method of the present invention compensates for PMD of two or more wavelength channels of an optical transmission system. The method substantially adds DGD to each channel at substantially the same time in a direction such that a single operation transfers a sufficient portion of the optical signal energy of the channel to a single PSP of the channel. At the same time, the PMD of the wavelength channel is compensated.
[0019]
In another embodiment, the optical signal is sampled and analyzed, and modifications to the optical signal can be intermittent, periodic, or continuous, as the degree of PMD and the polarization state of the PSP may change over time. Will be updated.
[0020]
In another aspect, the present invention relates to a method, wherein the functionality of the method of the present invention includes, but is not limited to, a floppy disk, hard disk, optical disk, magnetic tape, PROM, EPROM, CD-ROM, or DVD-ROM. An article of manufacture embodied in such a computer-readable medium is provided.
[0021]
In another aspect, the present invention provides an apparatus for compensating PMD of an optical signal of an optical transmission system. In one embodiment, the device includes an optical polarization monitor and a polarization state generator. The polarization monitor includes a phase delay generator, an interferometer, and a detector. The polarization monitor is configured to accept a sample optical signal, and a phase delay generator introduces a phase delay between two different polarization components of the sample optical signal. An interferometer is arranged to receive the phase-delayed light and interfere with the two polarization components to generate an interference signal measured by the detector. The polarization state generator determines the relative amplitude and polarization state of the DGD and PSP based on the interference signals measured at the multiple phase delays.
[0022]
In another preferred embodiment, the polarization monitoring device also includes a rotator. The polarization monitor is configured to accept a sample optical signal. The rotator provides at least two rotational orientations of the polarization axis of the sample optical signal with respect to the optical axis of the phase delay generator. The phase delay generator introduces a phase delay between two different polarization components of the sample optical signal for each of the rotation orientations of the polarization axis. The interferometer is arranged to receive the phase-delayed light, cause interference between the two polarization components, and generate an interference signal measured by the detector. The polarization state generator determines the relative amplitude and polarization state of the DGD and PSP based on the interference signals measured at two or more phase delays for each of the two or more rotation orientations. Ask.
[0023]
In one embodiment, the rotator includes an electro-optic element that effectively rotates the optical axis of the phase delay generator. In another embodiment, the rotator includes a mechanism to physically rotate the phase delay generator. Preferably, the rotator comprises a polarization rotator for rotating the polarization axis of the sample optical signal. Suitable polarization rotators include, but are not limited to, a combination of a Faraday rotator and a wave plate.
[0024]
In another embodiment, the polarization monitor determines PSP characteristics of two or more wavelength channels of the optical transmission system substantially simultaneously. In one version of this embodiment, the polarization monitor includes a phase delay generator, an interferometer, a wavelength demultiplexer, and an array of detectors. The polarization monitoring device also includes a rotator. The interferometer is arranged to receive the phase delayed light and cause interference between the two polarization components to generate an interference signal. The splitter disperses the interfering signal into spectrally continuous wavelength subbands of the array of detectors. The array of detectors is configured such that the interference signals of each wavelength sub-band are measured substantially simultaneously. The polarization state generator then determines, for each wavelength channel, a corresponding wavelength sub-band interference signal measured at a plurality of phase delays or at two or more rotational orientations of the sample optical signal's polarization axis. Find the PSP characteristics.
[0025]
In another embodiment, the present invention provides an apparatus for compensating PMD of an optical signal of an optical transmission system, the apparatus comprising an optical polarization monitor, a polarization state generator, a polarization controller, and a delay element. including. The polarization controller modifies the optical signal such that a sufficient fraction of the energy of the optical signal is transferred to a single PSP in the optical transmission system. In one version of this embodiment, the compensation stage includes a polarization controller that changes the polarization state incident on the delay element. The delay element then adds a substantially selectable DGD in the selectable orientation to the optical signal. In a preferred version of this embodiment, the compensation stage includes a polarization controller and a delay element that adds a substantially fixed DGD in the selectable orientation to the optical signal. The selected orientation is determined based on the PSP characteristics provided by the polarization state generator. The selected orientation is such that when the compensation stage adds DGD to the optical signal, the resulting optical signal, ie, the modified optical signal, has a sufficient fraction of its energy in a single PSP of the optical transmission system. It has become.
[0026]
In another embodiment, the present invention provides an apparatus for compensating for PMD of two or more wavelength channels of an optical transmission system. The apparatus includes a polarization monitor for monitoring the PSP characteristics of the wavelength channel, a polarization state generator, and a multi-channel polarization controller. The multi-channel polarization controller modifies the optical signal of each wavelength channel such that a sufficient fraction of the optical energy in each channel is transferred to a single PSP in the channel. The multi-channel polarization control device includes a wavelength demultiplexer, a multi-channel polarization controller, and a wavelength multiplexer. The demultiplexer disperses the optical signal into the desired spectrally continuous channels, and the multi-channel polarization controller determines that a sufficient fraction of the energy of the wavelength channel is within a single PSP of the corresponding wavelength channel. In the azimuth, add DGD to each wavelength channel. As a result, the wavelength multiplexer recombines the light received from the multi-channel polarization controller. In one embodiment, the multi-channel polarization controller includes an array of polarization controllers, each polarization controller operating on a separate wavelength channel to introduce DGD in a selectable orientation when combined with a delay element. Preferably, the polarization controllers form a substantially integrated array and operate substantially simultaneously on the wavelength channels.
[0027]
In one version of this embodiment, the polarization controller adds substantially selectable DGD at selectable orientations to the optical signal of the wavelength channel. Preferably, the polarization controller adds a substantially fixed amount of DGD in a selectable orientation. The direction of the DGD added to the wavelength channel is selected based on the PSP characteristics of the channel. The selected orientation is such that as the variable polarizer adds DGD to the channel's optical signal, the resulting (ie, modified) optical signal will have a sufficient fraction of its energy in a single PSP for that wavelength channel. To have a quantity.
[0028]
The foregoing and other features and advantages of the invention, as well as the invention itself, will be more fully understood from the detailed description, drawings, and claims.
[0029]
Detailed description
The present invention provides a method and apparatus for monitoring and modifying optical signals that are particularly useful for optical transmission of data in fiber optic transmission systems. The present invention provides a polarization characteristic of light and / or a PSP for an optical transmission system. The polarization properties provided by the present invention are used to provide a "deterministic solution" to the PMD problem, substantially compensating the PMD of the optical signal for the first order. As used herein, the term “deterministic solution” refers to a single term for an optical signal that can substantially compensate for any PMD (ie, PMD at any one time) to the first order. Refers to the ability of the present invention to seek a modification of The deterministic solution method of the present invention contrasts with techniques that require repeated measurements and corrections to compensate for any PMD.
[0030]
One method of the present invention for PMD compensation is to transfer a sufficient fraction of the optical signal energy to a single PSP in an optical transmission system. A difficult problem exists in determining to quickly modify an optical signal to compensate for the system's PSP and PMD in a reliable manner without interrupting data transmission. As will be appreciated, the transfer of light to a single PSP can be accomplished in two ways: the optical signal may have substantially the same polarization vector orientation (eg, Stokes vector orientation) as that of the system PSP. Modifying the polarization state of the PMD vector of the system to have substantially the same PMD vector orientation as that of the incident optical signal.
[0031]
One intuitive aspect for understanding the PMD compensation method of the present invention involves the optical signal and Poincare sphere representation of an optical transmission system. The electric field vector E of an optical signal, such as in an optical fiber, generally has x and y components, ie, ExWith constant phase offset εyAnd can be expressed as the sum of
[0032]
(Equation 1)
Figure 2004528763
[0033]
The electric field vector is generally elliptically polarized, ie, ExAnd EyAre both nonzero and E over a period of timexAnd EyFollow the elliptical path of Linear and circular polarization degenerate the state of elliptically polarized light because the electric field vector draws a straight line or a circle, respectively, rather than an ellipse in time. One convenient way to represent all possible polarizations is with the Poincare sphere.
[0034]
Referring to FIG. 1, a representation 100 of a Poincare sphere of polarization states is shown. An arbitrary latitude on the spherical surface represents an arbitrary elliptically polarized light, a linearly polarized light is represented at the equator 101, and a circularly polarized light is represented at the pole 103. In this representation, one degree of longitude on the sphere represents a 0.5 degree physical rotation of the polarization axis. The left and right images of polarized light change in the two hemispheres, clockwise polarization in the upper hemisphere, and counterclockwise polarization in the lower hemisphere. Further, each longitude represents a fixed azimuth with respect to the semi-long axis of the polarization ellipse.
[0035]
In this representation, the PMD of the optical transmission system can be represented by a PMD vector (vector Ω) 102 on the Poincare sphere. The direction of PMD vector (vector Ω) 102 represents one of the PSPs in the system, but the magnitude of the vector is half the DGD. The polarization state of any sample optical signal (ie, the input polarization state to the polarization monitor) is a linear combination of the two PSPs. The input polarization vector 104 (eg, Stokes vector, etc.) can be used to represent the optical signal polarization state. The relative amount of optical signal energy in one PSP is cos2(2θ), the other is sin2Given by (2θ), where (2θ) is the angle on the Poincare sphere between the input polarization vector 104 and the PMD vector (vector Ω) 102. If the input polarization vector 104 falls along the PMD vector 102, the total optical signal energy for the first order is within one PSP of the transmission system. Correspondingly, the energy of the optical signal for the first order is not present in other PSPs. As a result, one PSP in one bit period (eg, a fast PSP) may overlap with another PSP in another bit period (eg, a slow PSP), resulting in data loss, ambiguity, or contamination. ) Has no energy. The potential overlap of different PSPs at different bit periods due to PMD is referred to herein as PMD spreading.
[0036]
The components of the optical transmission system (eg, optical fiber sections, optical elements, couplers, multiplexers, switches, routers, etc.) can also be represented using PMD vectors, and the sum of these vectors in a common coordinate system. Is the total PMD vector of the system. As will be appreciated, the overall PMD vector of the system generally varies along the length of the transmission system and varies over time. For example, the total PMD vector 1 km from the optical signal source is generally different from that 10 km from the signal source. Similarly, the total PMD vector at any one location may change over time due to, for example, changes in temperature and / or stress in components of the system. Thus, as will be appreciated, the total PMD vector or system PMD vector refers to the PMD vector at a particular system location and time.
[0037]
Referring to FIG. 2A, a schematic vector diagram of one embodiment of compensating for PMD according to the present invention is shown. The method of the present invention is to transfer a sufficient fraction of the optical signal energy to a single PSP in an optical transmission system. The PMD vector of the optical transmission system having no contribution from the polarization controller and the delay element of the present invention is a vector (vector Ω).LINK) 202. The circular portion 203 is a vector (vector ΩLINK) 202 and the portion of the Poincare sphere in the plane defined by the input polarization vector 204. In one embodiment, the method of the present invention employs the resulting PMD vector (vector ΩTOTAL) 208 has substantially the same alignment as input polarization vector 204 such that polarization control vector (vector ΩPC) 206 to a vector (vector ΩLINK) 202 can be represented. Here, the input polarization vector 204 is the PMD vector (vector Ω) of the new system.TOTAL) 208 substantially. As a result, a sufficient fraction of the optical signal energy travels to one PSP of the system, thereby compensating for the effects of PMD by substantially compensating for PMD spread to the first order.
[0038]
Referring to FIG. 2B, the effect of transferring a sufficient fraction of light energy to a single PSP is shown. The plot on the left 250 shows the optical signal energy of each PSP 252, 254 before PMD compensation, and the plot on the right 251 shows the optical signal energy of each PSP after PMD compensation according to the present invention. The area between the waveform representing the PSPs 252, 254 and the "zero" line 253 is proportional to the energy of the PSP represented by the waveform. In the embodiment of FIG. 2B, the PMD compensation provided by the present invention transfers a sufficient fraction of the optical signal energy from the fast PSP 254 to the slow PSP 252. However, as will be appreciated, transferring all of the optical signal energy to a single PSP is not critical to the present invention. Rather, a fraction of the energy that is insufficient to cause significant PMD diffusion can remain in the PSP as shown in plot 251 on the right due to the energy remaining in the fast PSP 254 after PMD compensation.
[0039]
As can be seen, the new system DGD, DGDTOTALIs generally non-zero. For example, the length of the vectors in FIG. 2A is proportional to the DGD associated with each vector. Thus, for the embodiment shown in FIG. 2A, the DGD of the resulting system is:
[0040]
(Equation 2)
Figure 2004528763
[0041]
Where DGDLINKIs a vector (vector ΩLINKDGD related to 202), and DGDCOMPIs the compensation vector (vector ΩPC) 206 is the DGD. In one embodiment, the DGDCOMPIs greater than one bit period of the data stream, preferably DGDCOMPIs the PMD vector of the system substantially on the input polarization vector 204 (vector ΩTOTALDGD to facilitate generation of 208)LINKGreater than.
[0042]
In one aspect of the invention, the physical process represented by the addition of the polarization control vector is provided by a polarization controller and a delay element. The polarization controller and the delay element can provide a single polarization control vector or separate polarization control vectors for each of two or more wavelength channels. In one embodiment, the polarization controller includes a polarization controller and a delay element. The delay elements are DGD, DGDCOMPAnd the polarization controller provides a DGD for the optical signal on the Poincare sphere.COMPChange the direction of The delay element may provide a variable DGD, or preferably provide a substantially fixed DGD. The polarization controller and the delay element can consist of a single integrated optical component, or two or more optical components. For example, in one embodiment, the polarization controller consists of two optical components: a variable liquid crystal ("LC") polarization controller and a polarization preserving fiber, the variable LC polarization controller acting as a polarization controller, and the PMF as a delay element. work.
[0043]
The orientation selected for the polarization control vector is determined based on the PSP characteristics of the system. The polarization characteristics are determined from a sample optical signal that includes at least a portion of the optical signal of the optical transmission system. In one embodiment, the present invention introduces a phase delay between two different (preferably, but not necessarily, orthogonal) polarization components of the sampled optical signal so as to generate two interfering signals. Causes polarization components to interfere. Since each polarization component is generally a superposition of the two PSPs of the system, the resulting interference signal will include an auto-correlation component and a cross-correlation component between the PSPs.
[0044]
The polarization monitoring and PMD compensation method of the present invention is suitable for being applied substantially simultaneously to two or more wavelength channels of an optical transmission system. In one embodiment, the present invention introduces a phase delay between two different (preferably, but not necessarily, orthogonal) polarization components of the sampled optical signal so as to generate two interfering signals. Causes polarization components to interfere. The interfering signals are dispersed into spectrally continuous wavelength sub-bands to facilitate obtaining an interfering signal for each wavelength channel.
[0045]
The interfering signals obtained at multiple phase delays can be used to determine the relative amplitude and polarization state of the PSP and the DGD between them. Since the phase delay between the two polarization components varies (eg, through the full wave of delay), the intensity of the interfering signal varies sinusoidally over a portion of the period, and the observed portion of the period depends on the optical transmission system. DGD, ie DGDLINKDepends on. As a result, the intensity I of the interference signal is0Can be expressed as a sinusoidal function of the phase delay d in unit time:
I = I0+ Ccos (dω0) + Ssin (dω0Equation (3)
The sinusoidal signal of equation (3) has a coefficient I0, C, and S. From these coefficients, the polarization characteristics of the sample optical signal and the vector (vector ΩLINK).
[0046]
Correspondingly, in embodiments where the interfering signal is obtained for two or more wavelength sub-bands, the intensity I (ω) of the interfering signal for each wavelength sub-band is calculated as a sinusoidal function of the phase delay as Can be represented as:
I (ω) = I0+ Ccos (dω) + Ssin (dω) Equation (4)
Where ω is the frequency corresponding to the relevant wavelength sub-band. The sinusoidal signal of equation (4) is expressed by a coefficient I0, C, and S. Furthermore, in the first order PMD limit, the coefficients of C and S are also sinusoidal functions of frequency and can be expressed as:
C (ω) = C0+ Cccos (τω) + Cssin (τω) Equation (5)
S (ω) = S0+ Sccos (τω) + Sssin (τω) Equation (6)
Here, τ is a time delay related to the DGD of the optical signal of the wavelength channel. For any data set, these equations can be solved for DGD τ and the coefficients of S (ω) and C (ω). From these coefficients, the PSP characteristics of each wavelength channel can be obtained.
[0047]
In another embodiment, the invention changes the rotation of the polarization axis with respect to the polarization component of the sample optical signal before introducing a second series of phase delays. This redundancy eliminates the case where the device cannot calculate all the required polarization information from the acquired data. The resulting interference signals obtained in two or more orientations provide additional information for the PSP's autocorrelation and cross-correlation. In one embodiment, the present invention introduces a phase delay between two polarization components of a sample optical signal for each of two or more rotation orientations, and then (2) for any rotation orientation. The two polarization components interfere to generate an interference signal. In one version of this embodiment, the interference signals are obtained for two different rotation orientations. In one version, the first rotation orientation is caused by a 0 ° rotation (ie, no rotation) of the polarization axis, and the second rotation orientation is caused by a 45 ° rotation of the polarization axis. However, as will be appreciated, the exact rotational orientation of the axis is not critical to the invention, but rather any set of non-degenerate rotational orientations may be used. The resulting interference signal for each rotational orientation can also be represented as a sinusoidal function of phase delay having the same functional form as equation (3).
[0048]
Further, the method of changing the rotation orientation of the polarization axis of the sample optical signal before introducing the phase delay is suitable for applying to two or more wavelength channels substantially simultaneously. In one embodiment, for each of the two or more rotation orientations, the present invention introduces a phase delay between the two polarization components of the sample optical signal to generate an interference signal for any rotation orientation. Causes interference between the two polarization components. The interfering signal is then dispersed into spectrally continuous wavelength sub-bands to facilitate obtaining an interfering signal for each wavelength channel for any rotational orientation. The resulting interference signal for each rotational orientation φ can also be represented as a sinusoidal function of phase delay having the same functional form as equation (4).
[0049]
For example, if two rotational orientations are used, such as φ = 0 ° and φ = 45 °, the resulting interference signal for each wavelength subband is expressed as:
[0050]
(Equation 3)
Figure 2004528763
[0051]
These sinusoidal signals are, for each wavelength sub-band, I0 0, C0, I0 45, C45, And S45Can be solved for Further, in the limit of the first-order PMD, CφAnd SφIs also a sinusoidal transverse frequency and can be expressed as:
[0052]
(Equation 4)
Figure 2004528763
[0053]
For any data set, these equations can be solved for DGDτ and the coefficients of S (ω) and C (ω). From these coefficients, the PSP characteristics of each wavelength channel can be obtained.
[0054]
For example, the PSP characteristic of an optical signal of a wavelength channel can be obtained from the following equation.
[0055]
(Equation 5)
Figure 2004528763
[0056]
Where IinputRepresents the incident intensity on the monitoring device and is determined, for example, by summing the detected intensities for two dither settings separated by a half-wave, or by summing the intensity of a series of pairs of measurements. obtain. The PMD vector in the monitoring device is Elx, Ely, And .epsilon., While the vector length is determined by DGD.tau.
[0057]
In another aspect, the invention provides an apparatus that facilitates measuring a PSP property. In various embodiments, the apparatus includes a polarization monitor and a polarization state generator. Various embodiments of the polarization monitoring device according to the invention are described below in connection with a further description of the various embodiments relating to the method of the invention.
[0058]
Referring to FIGS. 3A and 3B, in various embodiments, a polarization monitoring device according to the present invention includes a rotator 302, phase delay generators 304, 305, an interferometer 306, a wavelength demultiplexer 308, and a detector 310. Including. As shown in FIGS. 3A and 3B, in one embodiment, the sample optical signal 301 passes through a rotator 302, which causes the rotation orientation of the polarization ellipse of the sample optical signal to be a phase delay generator 304, 354 optical axes. A suitable rotator is any element that can rotate the polarization axis of the optical signal (the polarization rotator) and / or rotate the optical axis of the phase delay generator, while substantially maintaining the ellipse of incidence. including,
[0059]
For example, suitable rotors include, but are not limited to, a Faraday rotator, two switchable half-wave plates whose fast-wave axes are aligned or separated by half the desired rotation angle in azimuth, and the fast-wave axis is Includes two variable phase retarders separated by half the desired rotation angle. In another embodiment, the rotator rotates the optical axis of the phase delay generator. Such a phase delay generator can include, for example, a phase delay generator, or an element that physically rotates a phase delay generator having a switchable optical axis.
[0060]
In other embodiments, the polarization monitoring device of the present invention does not include a rotator, and no interfering signal is obtained at two or more rotational orientations of the polarization axis of the sample optical signal. For example, if the polarization axis of the sample optical signal is not along the optical axis of the phase delay generator including the variable retarder, no rotator is needed. However, if the polarization axis of the sample optical signal is actually substantially linearly polarized along the optical axis of the phase delay generator, no phase delay is added between the two polarization components of the sample optical signal, and this problem May be added before the phase delay generator to address
[0061]
Referring again to FIGS. 3A and 3B, in one embodiment, the sampled optical signal is sent from the rotator 302 to phase delay generators 304, 354, which include one polarization component of the sampled optical signal. To the other. Delaying one polarization component relative to the other can be achieved, for example, by propagating the polarization component through different lengths of light path or through a variable birefringent element. In various embodiments, the phase delay generator includes a variable birefringent element 304. Suitable variable birefringent elements include, but are not limited to, variable retarders. Preferably, the variable retarder comprises an electro-optical and / or liquid crystal wave plate. In other embodiments, the phase delay generator includes elements that propagate the polarization components through different lengths of the optical path.
[0062]
Referring to FIG. 3B, in one embodiment, the phase delay generator 354 includes a polarization splitting beam splitter 355 and a variable delay element 357. The sample optical signal is then split into two beams by a polarizing beam splitter (“PBS”) 355 and one of the polarization components (eg, Ex) Is transmitted and the other (eg, Ey) Is reflected. A quarter wave plate and reflector 359 in each arm rotate the polarization and recombine the two beams after the beam splitter. A variable phase delay is introduced into one of the separated beams (ie, polarization components) by a variable delay element 357 that creates a variable retardance between the two propagating optical paths. Possible embodiments of the variable delay element include, but are not limited to, a fixed axis liquid crystal retarder, a variable retardance wave plate, and a spatially variable mirror located behind at least one quarter wave plate.
[0063]
Referring to FIG. 4, a preferred embodiment of the rotator 402 and the phase delay generator 404 is shown. Preferably, rotator 402 includes a first switchable half-wave plate 403 and a second switchable half-wave plate 405, and phase delay generator 404 includes a fast-wave axis 413 of half-wave plates 403 and 405, 415 includes a variable retarder having a fast wave axis aligned in a fixed orientation with respect to 415. In one embodiment, the direction of the fast wave axis of the second half-wave plate 405 is rotated by φ / 2 (425) with respect to the fast wave axis of the first half-wave plate 403, and the polarization axis of the sample optical signal is rotated. Is changed by φ with respect to the optical axis of the phase delay generator 404. The orientation can then be reset by changing the retardance of the half-wave plate to zero.
[0064]
Referring again to FIGS. 3A and 3B, the sampled optical signal is sent from phase delay generators 304, 354 to interferometer 306. Interferometer 306 mixes the orthogonal polarization components of the sample optical signal under conditions that can cause interference between them, thereby generating an interfering signal. Preferably, the interferometer includes a 45 ° linear analyzer. However, as will be appreciated, any optical element or configuration of optical elements that can recombine the polarization components of an optical signal under conditions that cause interference therebetween functions as an interferometer in the polarization monitoring device of the present invention. can do.
[0065]
In various embodiments of the present invention, the interference signal generated by the interferometer is measured by a detector. In various other embodiments, the interfering signal is dispersed into spectrally contiguous wavelength subbands, and different detector elements receive the interfering signal corresponding to a particular wavelength channel of the optical transmission system. The detector elements can consist of an array of detectors, for example, two or more physically independent detectors, or an integrated detector array. Examples of suitable detector arrays include, but are not limited to, an array of charge coupled devices ("CCD"), an array of integrated photodiodes, and an array of separate detectors. In telecommunications applications, InGaAs photodiodes are suitable for array and separate detector applications. However, as used herein and in the claims, as will be understood, the terms "array of detectors" and "detector array" may be used interchangeably. That is, when an element is described by the term "array of detectors", as will be understood, the term also includes "detector array" and vice versa.
[0066]
3A and 3B, in one embodiment, the interference signal generated by interferometer 306 is a wavelength demultiplexer 308 that spectrally disperses the sampled optical signal into spectrally continuous wavelength sub-bands. Pass through. As a result, splitter 308 provides an interference signal for each wavelength sub-band. In one embodiment, each wavelength channel of an optical signal (eg, a DWDM signal, etc.) is split by spectrally dispersing it into at least two wavelength sub-bands. Preferably, the wavelength demultiplexer divides each wavelength channel into 5 to 15 wavelength sub-bands. Examples of suitable wavelength demultiplexers include, but are not limited to, an arrayed waveguide grating (AWG), a volume phase grating spectrometer, and a reflection grating spectrometer in free space and planar implementations. included.
[0067]
By spectrally dispersing the interference signal into interference signals of each wavelength sub-band, it becomes easy to measure the PSP characteristics of the multiple wavelength channels of the optical signal. Further, spectrally dispersing the interference signals across the detector array allows the multi-channel interference signals to be measured substantially simultaneously. For example, in one embodiment, wavelength splitter 308 spectrally disperses the interfering signal into spectrally contiguous subbands across detector array 310. Then, different sets of elements of the detector array 310 receive substantially simultaneously interfering signals corresponding to different wavelength channels. As a result, the interference signals of multiple wavelength channels can be measured substantially simultaneously and this information is used by the polarization state generator to determine the relative amplitude and polarization state of the PSP and the DGD for the multiple wavelength channels.
[0068]
The polarization state generator can consist of analog and / or digital devices. The polarization state generator determines the polarization state and relative amplitude of the PSP of the optical signal and the DGD between them. In one embodiment, the polarization state generator determines a PSP characteristic based on the measured interference signals for a plurality of phase delays in each of the two or more rotational orientations of the sampled optical signal. Further, the polarization state generator can determine the PSP characteristics of the multiple wavelength channels substantially simultaneously based on the measured interference signals for a plurality of phase delays in each of one or more rotation orientations of the sampled optical signal. . Preferably, the polarization state generator determines the PSP characteristics of the multiple wavelength channels also based on the relationship between the interference signals observed for different wavelength sub-bands in different wavelength channels.
[0069]
In one embodiment, the polarization state generator determines PSP characteristics using logic substantially according to equations (3)-(6). In another embodiment, the polarization state generator determines PSP characteristics using logic substantially according to equations (7)-(19). However, as will be appreciated, the polarization state generator may include any logic suitable for determining a PSP characteristic based on a plurality of phase-delayed interference signals in each of one or more rotational orientations of the sampled optical signal. Can be used.
[0070]
The polarization state generator logic may be implemented by analog, digital, and / or software on a general-purpose computer. The polarization state generator can produce a human readable representation of the relative amplitude and polarization state of the PSP, and the DGD between them, for example, as generated by a printer or computer screen. However, whether the polarization state generator produces only human-readable or machine-readable output is not critical to the present invention. For example, the polarization state generator may generate only enough machine-readable electrical signals to control a polarization controller that compensates for the PMD of the optical transmission system.
[0071]
As will be appreciated, various embodiments of the polarization monitoring device of the present invention can be used as a multi-channel Stokes vector polarimeter because the required polarization characteristics are sufficient to calculate the Stokes vector of light in any wavelength channel. Suitable for use. Also, embodiments of the polarization monitor are described as multi-channel power monitors because the average intensity on one or more detector elements illuminated by the spectrum of one wavelength channel results in a measurement of the average power of the channel. Also suitable for use. Finally, an embodiment of the polarization monitor is used as a multi-channel spectrum analyzer because the average intensity of the detector channel of each monitor results in a measurement of the power in the spectral bin corresponding to the detector size and the dispersion of the grating. obtain.
[0072]
In one embodiment, the present invention provides an apparatus for compensating PMD of an optical signal in an optical transmission system. Referring to FIGS. 5 and 6, various embodiments of the PMD compensator are shown. The compensator includes polarization monitors 503 and 603, polarization state generators 517 and 617, and compensation stages 521 and 621. The polarization monitoring device and the compensation stage can include any of the embodiments described herein. As illustrated, the polarization monitor 503 of FIG. 5 is substantially the same as that shown in FIG. 3A and the accompanying description, and the polarization monitor 603 of FIG. 6 is substantially the same as that shown in FIG. 3B and the accompanying description. Substantially the same as shown.
[0073]
In operation, the polarization monitoring devices 503, 603 provide the polarization state generators 517, 617 with measurements of the interference signal at a plurality of phase delays for each of one or more rotation orientations of the sampled optical signal. The polarization state generators 517, 617 then determine the PSP characteristics of the optical signal, or one or more wavelength channels of the optical signal, based on the measurements provided by the polarization monitoring devices 503, 603. In one embodiment, the polarization state generator 517, 617 provides a control signal to a polarization controller driver 530, 630 that provides a control signal to the polarization controller 522, 622 of the compensation stage 521, 621, and then provides a control signal to the compensation stage 521. , 621 add DGD to the optical signal in a selectable orientation to transfer energy of the optical signal to substantially one PSP of the optical transmission system. Alternatively, as described above, the compensation stage may be considered as modifying the PSP of the optical transmission system such that the polarization state of one PSP is substantially the same as that of the optical signal.
[0074]
Referring again to FIGS. 5 and 6, in various embodiments, the compensation stage includes polarization controllers 522, 622 and delay elements 524, 624. Preferably, the delay elements 524, 624 have a substantially fixed DGD that is larger than the DGD of the optical transmission system associated with the PMD to be compensated. Thus, if the delay elements 524, 624 have a substantially fixed DGD, the polarization controller drivers 530, 630 provide only the control signals to the polarization controllers 522, 622. However, as will be appreciated, polarization controller drivers 530, 630 and / or polarization state generators 517, 617 are not limited to sensors (eg, temperature, position, power, etc.), but may include system diagnostics and control systems, systems. Input signals can be received from various sources, including clocks and the like, to facilitate PMD compensation. For example, the DGD of the delay elements 524, 624 varies with temperature, so that the DGD of the delay element can be determined using the input signal from the delay element temperature sensor.
[0075]
As illustrated in FIGS. 5 and 6, the compensation stages 521, 621 are adapted to compensate for PMD in multiple wavelength channels of an optical transmission system. In the illustrated embodiment, the compensation stages 521, 621 comprise wavelength splitters 526, 626, polarization controllers 522, 622, wavelength multiplexers (in the order of the optical path of the general optical signal from source to receiver). 528, 628 and delay elements 524, 624. Wavelength demultiplexers 526, 626 disperse the optical signal into spectrally continuous wavelength sub-bands, as represented by lines 551, 651. The polarization control device controls each wavelength channel such that the DGD of the delay elements 524, 624 is added in an orientation such that a sufficient fraction of the energy of the wavelength channel is within a single PSP of the corresponding wavelength channel. Works with Generally, the polarization controller adds DGD at different orientations of each wavelength channel. As a result, the wavelength combiner recombines the light (represented by lines 553, 653) operated by the polarization controller.
[0076]
As illustrated in FIGS. 5 and 6, compensation stages 521, 621 mean that the optical path of the optical signal traveling from points 501, 601 to points 599, 699 passes through the compensation stages before encountering the optical monitoring device. , Prior to the polarization monitoring devices 503 and 603. It should be understood, however, that the placement of the compensation stage "before" or "after" the polarization monitor is not critical to the invention. For example, if the polarization monitor precedes the polarization controller, the Jones or Mueller matrix of the polarization controller can be used to convert the polarization state between the two ends of the polarization controller.
[0077]
The compensation stages useful in the present invention can take various forms. Preferably, the delay element of the controller comprises a polarization preserving fiber ("PMF"). However, suitable delay elements include, but are not limited to, free space and fiber delay elements, or birefringent crystals such as calcite or yttrium vanadate. Suitable wavelength multiplexers and demultiplexers may include gratings 307, 537, 637 and dispersion collimators 309, 539, 639, as illustrated in FIGS. 3A, 3B, 5, and 6. it can. Further suitable wavelength demultiplexers and multiplexers include, but are not limited to, in free space and planar implementations, an arrayed waveguide grating (AWG), a volume phase grating spectrometer, and a reflection grating spectrometer. Also, a suitable polarization controller can take various forms. For example, a polarization control device can include a series of variable wave plates, lithium niobate wave plates, liquid crystals, fiber squeezers, and silica-based stress retarders composed of electro-optic crystals.
[0078]
Preferably, the compensation stage includes a delay element having a substantially fixed DGD and an LC polarization controller. Referring to FIG. 7, a preferred embodiment of the LC polarization controller is shown. LC polarization controller 701 includes a stack of four LC waveplates 702, 704, 706, and 708. Preferably, the stack of LC waveplates is less than 10 mm thick, and preferably the absolute retardance error of the LC waveplate is no more than 4 nm per waveplate.
[0079]
Preferably, each LC waveplate includes an array of LC cells 710 housed between optical quality glasses coated with a coating of conductive indium tin oxide (ITO). Each individual LC cell functions as a tunable waveplate substantially from 0 to 1.2 waves in the wavelength band of interest and can be controlled by individual ITO electrodes. The LC cell is preferably electrically controlled with a response time of less than 3 ms. For example, the response can be temporarily shortened by raising the temperature of the element.
[0080]
The four wave plates 702, 704, 706, and 708 are preferably configured to nominally have their rubbing directions at 0 °, 45 °, 0 °, and 45 °, respectively, Are laminated together with an optically transparent epoxy of refractive index matched to the wavelength region of interest. Preferably, cell alignment (in the xy direction) is more than 25 μm between the first LC waveplate 702 and the last LC waveplate 708. Further, the LC polarization controller may further include a front integrated lens assembly 712 and / or a rear integrated lens assembly 714.
[0081]
Preferably, the individual LC cells are sized such that the demultiplexer of each communication channel is greater than 90% of the spacing of each ITU grid after transmitting through the active area of each cell. In other words, less than 10% of the bandwidth between ITU channels is preferably lost from the intercell gap 716 between LC cells.
[0082]
In some embodiments, the functions of the above-described method may be implemented as software on a general-purpose computer. Further, such a program may be stored in a portion of the computer's random access memory to control the rotator, control the phase delay generator, control the interferometer, measure the interference signal, control the polarization controller, and measure the measured interference signal. , And control logic that affects the operation with respect to the interference signal. In such embodiments, the program may be written in any one of a number of high-level languages, such as Fortran, Pascal, C, C ++, or Basic. In addition, programs can be written with scripts, macros, or functions built into commercial software such as Excel or Visual Basic. Further, the software may be implemented in assembly language for a computer resident microprocessor. For example, if the software was configured to run on an IBM PC or PC clone, it could be implemented in Intel 80x86 assembly language. The software may be incorporated into an article of manufacture including, but not limited to, a "computer-readable medium" such as a floppy disk, hard disk, optical disk, magnetic tape, PROM, EPROM, or CD-ROM.
[0083]
Example of polarization monitoring and PMD compensation
Referring to FIGS. 5 and 8, an example of an embodiment for monitoring and compensating for PMD in an optical transmission system is as follows. The sample optical signal is branched from the optical transmission system by the 90/10 optical tap 502 and input to the polarization monitor 503 via the optical coupler 504. The polarization monitor is cooled by a polarization rotator 506, a phase delay generator 508 consisting of a variable retarder, an interferometer 510 consisting of a 45 ° linear polarizer, a wavelength demultiplexer 512, and multi-element thermoelectron (“TE”) cooling. An array 514 of detectors comprising an InGaAs array is included.
[0084]
In this example of the polarization monitor configuration of FIG. 5, the order of data collection for a single update period is as follows. That is,
(1) The polarization axis of the sample optical signal is angle φ1The polarization rotator 506 is set to rotate by (for example, 0 °).
(2) change the phase delay (eg, dither phase delay) provided by the variable retarder 508, for example, through:
a. A continuous periodic retardance (phase delay) characteristic, such as a sinusoidal change of a 0-1 wave, or
b. Several separate retardance (phase delay) steps.
(3) During step 2, the detector array 514 measures the interference signal in a spectrally continuous wavelength band provided by the wavelength demultiplexer 512 for each rotator-retarder setting.
(4) The polarization axis of the sample optical signal is angle φ2The polarization rotator 506 is set to rotate by (for example, 45 °).
(5) Steps 2 and 3 are repeated.
Alternatively, the polarization rotator can dither the sample optical signal between the two rotation orientations so that the phase delay is changed or stepped slowly.
[0085]
The data collection control signal for this example is shown schematically in FIG. The polarization rotator operates with a 50% duty cycle, i.e., substantially equal times, with two rotation orientations φ as indicated by the rotor control signal pattern 801.1811 and φ2Spent at 812. At each polarization rotator position, i.e., at each rotational orientation of the sample optical signal, the phase is dithered by a phase delay generator, resulting in a plurality of phase delays between the polarization components of the sample optical signal within the phase dither time window 831. The phase dither can be a phase delay or a continuous temporal variation of a series of phase delay steps. The phase delay can be changed throughout the wave or a portion thereof. In this example, as shown by the phase delay generator control signal pattern 803, the phase dither includes four phase delay steps between one full wave λ and zero during a time window 831.
[0086]
With reference to FIGS. 5 and 8, during data acquisition, the phase delayed sampled optical signal passes through interferometer 510 and is spectrally dispersed onto detector array 514 with wavelength demultiplexer 512. . The detector array measures the signals distributed over the wavelength channels, each channel being in a different set of elements of the array. Thus, the detector array measures the interfering signal substantially simultaneously for all of the wavelength channels. The data acquisition pattern 802 of the detector array indicates the timing 821 of detector measurement of the interference signal (ie, detector exposure) relative to the amount of change in the polarization rotator and phase delay generator. The phase delay may be kept constant over each detector exposure or may be ramped.
[0087]
The polarization state generator 517 processes all interference signals in wavelength sub-bands that span the desired spectral width of the optical signal. The polarization state generator processing pattern 804 indicates the timing 841 of the interference signal measurement processing for another data collection operation. The polarization state generator determines the PSP characteristics, and based on this information, the polarization control vector is determined for a wavelength channel that spans the desired spectral width of the optical signal. The control vector measurement pattern 806 illustrates the timing 861 of the polarization control vector measurement for other data collection and processing operations. In this example, the polarization control vector is determined from the measured intensities of the interference signals of each wavelength channel substantially according to equations (7)-(12) and (13)-(19).
[0088]
Based on the polarization control vector, polarization controller driver 530 determines the drive signal for polarization controller 522, which determines a sufficient fraction of the optical signal energy for each wavelength channel into a single PSP for the channel. Move to Polarization controller driver pattern 808 indicates the timing 881 of the application of the polarization controller drive signal to other data collection and processing operations.
[0089]
In a preferred embodiment, the compensation stage compensates for the PMD of the optical signal as follows. Initially, the signal is spectrally dispersed by wavelength splitter 526, with one wavelength channel passing through each channel (ie, set of elements) of multi-channel polarization controller 522. The light of that wavelength channel is then recombined by wavelength combiner 528 and sent to a delay element consisting of a single polarization-maintaining fiber 524 having a DGD greater than the amount of DGD to be compensated. The polarization controller 522 changes the polarization state of each channel so that the polarization state of the optical signal matches the PSP of the combination of the transmission system and the PMD compensator. Preferably, the sample optical signal of the polarization monitor 503 is split off from the transmission system after the polarization controller so that a feedback signal and a diagnostic signal of the polarization controller can be determined. It should be understood, however, that the feedback and / or repetition control of the polarization controller, as described above, is not critical to the present invention.
[0090]
As shown in FIG. 8, the time interval from the start of data collection to the completion of PMD compensation, that is, the update cycle 807 in this example is 8 ms. The time pattern 805 indicates that about 3 ms of this time is spent collecting data, and about 2 ms during that data collection to generate interference signals at multiple phase delays and rotation orientations in the first detector exposure 851. About 1 ms is spent generating an interference signal at a plurality of phase delays and rotational orientations at the second detector exposure 852. Further, in one embodiment, for each detector exposure period 851, 852, at least six measurements 855, 856 are made. As illustrated, for the first detector exposure period 851, the measurements 855 consist of substantially equal durations (eg, each measurement takes 2 ms of the first detector exposure period 851 and six measurements 855). About 1/3 of the length of 1 ms). Similarly, for the second detector exposure period 852, the measurements 856 are of substantially equal duration (eg, each measurement is 1 ms relative to the second detector exposure period 852 and 1 ms for the six measurements 856). About 1/6 of the length).
[0091]
The time pattern 805 is that approximately 2 ms of the update cycle in this example is spent processing the data and / or ramping 853 of the polarization rotator and phase delay generator, and approximately 3 ms driving the polarization controller 522 and the optical signal. It is further shown that PMD is spent on PMD compensation. In certain applications, the process of data collection and PMD compensation is repeated to account for changes in the degree of PMD and / or changes in the PSP of the transmission system over a period of time. In this example, the PMD compensation cycle provided by the present invention operates at a frequency of 125 Hz.
[0092]
While the invention has been particularly shown and described with respect to particular embodiments, it will be understood by those skilled in the art from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Various changes in form and detail may be made without departing from the invention. The scope of the invention is, therefore, indicated by the appended claims and, therefore, all modifications that come within the meaning and range of equivalents of the claims are intended to be embraced.
[Brief description of the drawings]
[0093]
FIG. 1 is a diagram illustrating a PMD vector of an optical transmission system and a PSP represented by a Poincare sphere.
FIG. 2A is a diagram illustrating one embodiment of a PMD compensation method of the present invention.
FIG. 2B is a diagram showing one embodiment of a PMD compensation method of the present invention.
FIG. 3A is a schematic diagram illustrating various embodiments of the polarization monitoring device of the present invention.
FIG. 3B is a schematic diagram illustrating various embodiments of the polarization monitoring device of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating one embodiment of a rotor and a phase delay device of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing one embodiment of a PMD compensator of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating one embodiment of a PMD compensator of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating one embodiment of a polarization controller of the compensation stage of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an embodiment of the polarization monitoring method of the present invention.

Claims (43)

光信号の偏波モード分散を補償する方法であって、
サンプル光信号を提供するステップと、
前記サンプル光信号の第1の偏光成分と第2の偏光成分との間の複数の位相遅延に対して、前記第1の偏光成分と第2の偏光成分に干渉を起こさせるステップと、及び
それに基づいて光信号の偏波モード分散を補償するステップとを含む、方法。
A method for compensating for polarization mode dispersion of an optical signal,
Providing a sample optical signal;
Causing the first polarization component and the second polarization component to interfere with each other for a plurality of phase delays between the first polarization component and the second polarization component of the sample optical signal; and Compensating the polarization mode dispersion of the optical signal based on the information.
前記偏波モード分散を補償するステップが、
干渉信号の測定された強度を用いて光信号の偏光状態を求めるステップと、
干渉信号の測定された強度を用いて光信号の偏波モード分散ベクトルを求めるステップと、及び
光信号の偏波モード分散を実質的に補償する、光信号に対する修正を決定するために、光信号の偏光状態と偏波モード分散ベクトルを用いるステップとを含む、請求項1の方法。
Compensating the polarization mode dispersion,
Determining the polarization state of the optical signal using the measured intensity of the interference signal;
Determining a polarization mode dispersion vector of the optical signal using the measured intensity of the interference signal; and determining a modification to the optical signal that substantially compensates for the polarization mode dispersion of the optical signal. Using the polarization state of the polarization state and the polarization mode dispersion vector.
前記光信号に対する修正が、光信号のエネルギーの十分な部分量を光伝送媒体の単一の主偏波状態へ移す、請求項2の方法。3. The method of claim 2, wherein the modification to the optical signal transfers a sufficient portion of the energy of the optical signal to a single dominant polarization state of the optical transmission medium. 前記光信号の偏光状態を求めるステップが、
前記偏光成分の第1の回転方位に対する干渉信号の測定された強度を、位相遅延の関数である第1の正弦曲線的関数に関連づけるステップと、
前記偏光成分の第2の回転方位に対する干渉信号の測定された強度を、位相遅延の関数である第2の正弦曲線的関数に関連づけるステップと、及び
光信号の直交する偏光成分の電界強度と前記直交する偏光成分間の位相オフセットについて解くことにより、光信号の偏光状態を求めるステップとを含む、請求項2の方法。
Determining the polarization state of the optical signal,
Associating the measured intensity of the interference signal for a first rotational orientation of the polarization component with a first sinusoidal function that is a function of the phase delay;
Associating the measured intensity of the interference signal for the second rotation orientation of the polarization component with a second sinusoidal function that is a function of the phase delay; and Determining the state of polarization of the optical signal by solving for a phase offset between orthogonal polarization components.
光信号のストークスベクトルを求めるステップを更に含む、請求項4の方法。The method of claim 4, further comprising determining a Stokes vector of the optical signal. 光信号のジョーンズベクトルを求めるステップを更に含む、請求項4の方法。The method of claim 4, further comprising determining a Jones vector of the optical signal. 前記偏光成分に干渉を起こさせるステップが、
位相遅延生成器を用いて、その位相遅延生成器の光軸に対するサンプル光信号の偏光軸の少なくとも2つの回転方位のそれぞれについて、前記第1の偏光成分と前記第2の偏光成分との間に少なくとも2つの位相遅延を導入するステップと、
前記第1と第2の偏光成分に干渉を起こさせることにより、各回転方位の各位相遅延の干渉信号を提供するステップと、及び
前記干渉信号のそれぞれの強度を測定するステップとを含む、請求項1の方法。
Causing interference with the polarized light component,
Using a phase delay generator, for each of at least two rotational orientations of the polarization axis of the sample optical signal with respect to the optical axis of the phase delay generator, between the first polarization component and the second polarization component; Introducing at least two phase delays;
Providing an interference signal of each phase delay in each rotation direction by causing interference between the first and second polarization components, and measuring the strength of each of the interference signals. Item 1. The method of Item 1.
前記偏波モード分散を補償するステップが、前記干渉信号の測定された強度に基づいて、光信号の偏波モード分散を補償するステップを含む、請求項7の方法。The method of claim 7, wherein compensating for the polarization mode dispersion comprises compensating for the polarization mode dispersion of the optical signal based on the measured strength of the interference signal. 前記光信号の偏波モード分散を補償するステップが、
スペクトル的に連続したサブ帯域へ前記干渉信号をスペクトル的に分散するステップと、及び
2つ又はそれより多い前記スペクトル的に連続したサブ帯域の干渉信号の強度を実質的に同時に測定するステップとを含む、請求項7の方法。
Compensating the polarization mode dispersion of the optical signal,
Spectrally dispersing the interference signal into spectrally contiguous sub-bands and measuring substantially simultaneously the intensities of the interference signals in two or more of the spectrally contiguous sub-bands. The method of claim 7, comprising:
前記光信号の偏波モード分散を補償するステップが、2つ又はそれより多いスペクトル的に分散された光信号のチャネルの偏波モード分散を実質的に同時に補償するステップを含む、請求項9の方法。10. The method of claim 9, wherein compensating for the polarization mode dispersion of the optical signal comprises compensating for substantially simultaneously the polarization mode dispersion of the channels of the two or more spectrally dispersed optical signals. Method. 請求項1の方法を実行するために具現化されたコンピュータ読取り可能命令を備えるコンピュータ読取り可能媒体を有する、製造品。An article of manufacture having a computer readable medium comprising computer readable instructions embodied to perform the method of claim 1. 光信号の偏波モード分散を補償する方法であって、
サンプル光信号を提供するステップと、
前記サンプル光信号の第1の偏光成分と第2の偏光成分との間に少なくとも3つの位相遅延を導入するステップと、
前記第1と第2の偏光成分に干渉を起こさせることにより、各位相遅延の干渉信号を提供するステップと、
前記干渉信号のそれぞれの強度を測定するステップと、及び
前記干渉信号の測定された強度に基づいて、光信号の偏波モード分散を補償するステップとを含む、方法。
A method for compensating for polarization mode dispersion of an optical signal,
Providing a sample optical signal;
Introducing at least three phase delays between a first polarization component and a second polarization component of the sample optical signal;
Providing interference signals of each phase delay by causing interference between the first and second polarization components;
Measuring a strength of each of the interference signals; and compensating polarization mode dispersion of the optical signal based on the measured strength of the interference signals.
前記偏波モード分散を補償するステップが、
干渉信号の測定された強度を用いて光信号の偏光状態を求めるステップと、
干渉信号の測定された強度を用いて光信号の偏波モード分散ベクトルを求めるステップと、及び
光信号の偏波モード分散を実質的に補償する、光信号に対する修正を決定するために、光信号の偏光状態と偏波モード分散ベクトルを用いるステップとを含む、請求項12の方法。
Compensating the polarization mode dispersion,
Determining the polarization state of the optical signal using the measured intensity of the interference signal;
Determining a polarization mode dispersion vector of the optical signal using the measured intensity of the interference signal; and determining a modification to the optical signal that substantially compensates for the polarization mode dispersion of the optical signal. Using the polarization mode dispersion vector and the polarization mode dispersion vector.
前記光信号に対する修正が、光信号のエネルギーの十分な部分量を光伝送媒体の単一の主偏波状態へ移す、請求項12の方法。13. The method of claim 12, wherein the modification to the optical signal transfers a sufficient fraction of the energy of the optical signal to a single dominant polarization state of the optical transmission medium. 前記光信号の偏光状態を求めるステップが、
前記偏光成分の第1の回転方位に対する干渉信号の測定された強度を、位相遅延の関数である第1の正弦曲線的関数に関連づけるステップと、
前記偏光成分の第2の回転方位に対する干渉信号の測定された強度を、位相遅延の関数である第2の正弦曲線的関数に関連づけるステップと、及び
光信号の直交する偏光成分の電界強度と前記直交する偏光成分間の位相オフセットについて解くことにより、光信号の偏光状態を求めるステップとを含む、請求項12の方法。
Determining the polarization state of the optical signal,
Associating the measured intensity of the interference signal for a first rotational orientation of the polarization component with a first sinusoidal function that is a function of the phase delay;
Associating the measured intensity of the interference signal for the second rotation orientation of the polarization component with a second sinusoidal function that is a function of the phase delay; and Solving for the phase offset between orthogonal polarization components to determine the polarization state of the optical signal.
光信号のストークスベクトルを求めるステップを更に含む、請求項15の方法。The method of claim 15, further comprising determining a Stokes vector of the optical signal. 光信号のジョーンズベクトルを求めるステップを更に含む、請求項15の方法。The method of claim 15, further comprising determining a Jones vector of the optical signal. 前記干渉信号の強度を測定するステップが、
スペクトル的に連続したサブ帯域へ前記干渉信号をスペクトル的に分散するステップと、及び
2つ又はそれより多い前記スペクトル的に連続したサブ帯域の干渉信号の強度を実質的に同時に測定するステップとを含む、請求項12の方法。
Measuring the strength of the interference signal,
Spectrally dispersing the interference signal into spectrally contiguous sub-bands and measuring substantially simultaneously the intensities of the interference signals in two or more of the spectrally contiguous sub-bands. 13. The method of claim 12, comprising:
前記光信号の偏波モード分散を補償するステップが、2つ又はそれより多いスペクトル的に分散された光信号のチャネルの偏波モード分散を実質的に同時に補償するステップを含む、請求項18の方法。19. The method of claim 18, wherein compensating for the polarization mode dispersion of the optical signal comprises compensating for substantially simultaneously the polarization mode dispersion of the channels of the two or more spectrally dispersed optical signals. Method. 請求項12の方法を実行するために具現化されたコンピュータ読取り可能命令を備えるコンピュータ読取り可能媒体を有する、製造品。An article of manufacture having a computer readable medium comprising computer readable instructions embodied to perform the method of claim 12. 光信号の偏波モード分散を求めるための装置であって、
光信号の少なくとも一部分を含むサンプル光信号を受け取るように配置された位相遅延生成器と、
前記位相遅延生成器と光学的に連通し、干渉信号を生成するために前記位相遅延生成器から受け取った前記サンプル光信号の偏光成分に干渉を起こさせるように配置された干渉計と、
前記干渉計と光学的に連通し、前記干渉信号を測定するように配置された検出器と、及び
複数の測定された干渉信号に基づいて光信号の偏光状態を求める偏光状態生成器とを備える、装置。
An apparatus for determining polarization mode dispersion of an optical signal,
A phase delay generator arranged to receive a sample optical signal that includes at least a portion of the optical signal;
An interferometer that is in optical communication with the phase delay generator and arranged to cause interference with a polarization component of the sample optical signal received from the phase delay generator to generate an interference signal;
A detector positioned in optical communication with the interferometer and arranged to measure the interference signal; and a polarization state generator for determining a polarization state of the optical signal based on the plurality of measured interference signals. ,apparatus.
前記位相遅延生成器の光軸に対する前記サンプル光信号の偏光軸の少なくとも2つの回転方位を前記位相遅延生成器に提供するように配置された回転子を更に含む、請求項21の装置。22. The apparatus of claim 21, further comprising a rotator arranged to provide the phase delay generator with at least two rotational orientations of a polarization axis of the sample optical signal with respect to an optical axis of the phase delay generator. 前記回転子が、前記サンプル光信号の偏光軸を回転させるように適合された偏光回転子からなる、請求項22の装置。23. The apparatus of claim 22, wherein said rotator comprises a polarization rotator adapted to rotate a polarization axis of said sample optical signal. 前記偏光回転子がファラデー回転子からなる、請求項23の装置。24. The apparatus of claim 23, wherein said polarization rotator comprises a Faraday rotator. 前記偏光回転子が一連の2つ又はそれより多い波長板からなる、請求項23の装置。24. The apparatus of claim 23, wherein said polarization rotator comprises a series of two or more wave plates. 前記回転子が、前記サンプル光信号の偏光軸に対して前記位相遅延生成器の光軸を回転させるように適合された位相遅延生成器回転子からなる、請求項22の装置。23. The apparatus of claim 22, wherein the rotator comprises a phase delay generator rotator adapted to rotate the optical axis of the phase delay generator with respect to the polarization axis of the sample optical signal. 前記位相遅延生成器が可変リターダからなる、請求項21の装置。22. The apparatus of claim 21, wherein said phase delay generator comprises a variable retarder. 前記干渉計がマイケルソン干渉計からなる、請求項21の装置。22. The apparatus of claim 21, wherein said interferometer comprises a Michelson interferometer. 前記干渉計が45°の直線偏光子を含む、請求項21の装置。22. The apparatus of claim 21, wherein said interferometer comprises a 45 degree linear polarizer. 前記干渉計と光学的に連通し、スペクトル的に連続したサブ帯域へ前記干渉信号をスペクトル的に分散するように配置された波長分波器を更に含む、請求項21の装置。22. The apparatus of claim 21, further comprising a wavelength demultiplexer in optical communication with the interferometer and arranged to spectrally disperse the interference signal into spectrally continuous subbands. 前記検出器が検出器のアレイからなり、そのアレイの各検出器が1つのスペクトル的に連続したサブ帯域の干渉信号を測定するように配置されている、請求項30の装置。31. The apparatus of claim 30, wherein the detectors comprise an array of detectors, each detector of the array being arranged to measure an interference signal in one spectrally continuous sub-band. 光伝送媒体と光学的に連通し、光信号の偏光状態に基づいて前記光伝送媒体において光信号の偏波モード分散を実質的に補償するように適合された、補償段を更に含む、請求項21の装置。The optical fiber of claim 1, further comprising a compensation stage in optical communication with the optical transmission medium and adapted to substantially compensate polarization mode dispersion of the optical signal in the optical transmission medium based on a polarization state of the optical signal. 21 devices. 前記補償段が、
前記光伝送媒体と光学的に連通し、スペクトル的に分散されたチャネルへ前記光信号をスペクトル的に分散するように配置された波長分波器と、
前記波長分波器と前記光伝送媒体と光学的に連通する波長合波器との間の光路に配置された偏光コントローラのアレイとを含み、
前記偏光コントローラのアレイが、スペクトル的に分散されたチャネルのそれぞれの偏波モード分散を実質的に補償するように適合されている、請求項32の装置。
The compensation stage comprises:
A wavelength demultiplexer optically communicating with the optical transmission medium and arranged to spectrally disperse the optical signal into spectrally dispersed channels;
An array of polarization controllers arranged in an optical path between the wavelength demultiplexer and a wavelength multiplexer optically communicating with the optical transmission medium,
33. The apparatus of claim 32, wherein the array of polarization controllers is adapted to substantially compensate for polarization mode dispersion of each of the spectrally dispersed channels.
前記偏光コントローラのアレイが、複数の液晶可変リターダを含む、請求項33の装置。34. The apparatus of claim 33, wherein the array of polarization controllers includes a plurality of liquid crystal variable retarders. 光信号の偏波モード分散を補償するための装置であって、
光伝送媒体において、光信号の少なくとも一部分を含むサンプル光信号を受け取るように配置された位相遅延生成器と、
前記位相遅延生成器の光軸に対する前記サンプル光信号の偏光軸の少なくとも2つの回転方位を提供するように配置された回転子と、
干渉信号を生成するために前記位相遅延生成器から受け取った前記サンプル光信号の偏光成分に干渉を起こさせるように配置された干渉計と、
スペクトル的に連続したサブ帯域へ前記干渉信号をスペクトル的に分散するように配置された波長分波器と、
検出器のアレイであって、そのアレイの各検出器が1つのスペクトル的に連続したサブ帯域の干渉信号を測定するように配置された、検出器のアレイと、
複数の測定された干渉信号に基づいて、前記スペクトル的に連続した帯域のそれぞれに対する光信号の偏光状態を求める偏光状態生成器と、及び
前記光伝送媒体と光学的に連通し、前記スペクトル的に分散されたチャネルのスペクトル的に連続したサブ帯域の偏光状態に基づいて、前記スペクトル的に分散されたチャネルのそれぞれにおいて光信号の偏波モード分散を補償するように適合された補償段とを備える、装置。
An apparatus for compensating for polarization mode dispersion of an optical signal,
A phase delay generator arranged in the optical transmission medium to receive a sample optical signal including at least a portion of the optical signal;
A rotator arranged to provide at least two rotational orientations of the polarization axis of the sample optical signal with respect to the optical axis of the phase delay generator;
An interferometer arranged to cause interference with a polarization component of the sample optical signal received from the phase delay generator to generate an interference signal;
A wavelength demultiplexer arranged to spectrally disperse the interference signal into spectrally continuous sub-bands,
An array of detectors, wherein each detector of the array is arranged to measure an interference signal in one spectrally continuous sub-band;
A polarization state generator that determines a polarization state of an optical signal for each of the spectrally continuous bands based on a plurality of measured interference signals, and optically communicates with the optical transmission medium; A compensation stage adapted to compensate for the polarization mode dispersion of the optical signal in each of the spectrally dispersed channels based on the polarization state of the spectrally continuous sub-bands of the dispersed channels. ,apparatus.
前記偏光制御装置が、複数の液晶可変リターダを含む、請求項35の装置。36. The device of claim 35, wherein the polarization control device includes a plurality of liquid crystal variable retarders. 前記偏光制御装置が、
前記光伝送媒体と光学的に連通し、スペクトル的に分散されたチャネルへ前記光信号をスペクトル的に分散するように配置された波長分波器と、
前記波長分波器と前記光伝送媒体と光学的に連通する波長合波器との間の光路に配置された偏光コントローラのアレイとを含み、
前記偏光コントローラのアレイが、スペクトル的に分散されたチャネルのそれぞれの偏波モード分散を実質的に補償するように適合されている、請求項35の装置。
The polarization controller,
A wavelength demultiplexer optically communicating with the optical transmission medium and arranged to spectrally disperse the optical signal into spectrally dispersed channels;
An array of polarization controllers arranged in an optical path between the wavelength demultiplexer and a wavelength multiplexer optically communicating with the optical transmission medium,
36. The apparatus of claim 35, wherein the array of polarization controllers is adapted to substantially compensate for polarization mode dispersion of each of the spectrally dispersed channels.
前記回転子が、前記サンプル光信号の偏光軸を回転させるように適合されている偏光回転子からなる、請求項35の装置。36. The apparatus of claim 35, wherein the rotator comprises a polarization rotator adapted to rotate a polarization axis of the sample light signal. 前記位相遅延生成器が可変リターダからなる、請求項35の装置。36. The apparatus of claim 35, wherein said phase delay generator comprises a variable retarder. 前記干渉計がマイケルソン干渉計からなる、請求項35の装置。36. The apparatus of claim 35, wherein said interferometer comprises a Michelson interferometer. 前記干渉計が45°の直線偏光子を含む、請求項35の装置。36. The apparatus of claim 35, wherein said interferometer comprises a 45 degree linear polarizer. 光伝送媒体において光信号の偏波モード分散を補償する方法であって、
光伝送媒体の光信号の一部分を含むサンプル光信号を提供するステップと、
前記サンプル光信号の第1の偏光成分と第2の偏光成分との間に第1の位相遅延を導入し、第1の干渉信号を生成するために前記第1と第2の偏光成分に干渉を起こさせるステップと、
前記第1の干渉信号の強度を測定するステップと、
前記サンプル光信号の第1の偏光成分と第2の偏光成分との間に第2の位相遅延を導入し、第2の干渉信号を生成するために前記第1と第2の偏光成分に干渉を起こさせるステップと、
前記第2の干渉信号の強度を測定するステップと、
前記サンプル光信号の第1の偏光成分と第2の偏光成分との間に第3の位相遅延を導入し、第3の干渉信号を生成するために前記第1と第2の偏光成分に干渉を起こさせるステップと、
前記第3の干渉信号の強度を測定するステップと、
前記サンプル光信号の偏光軸を回転させることにより、回転されたサンプル光信号を提供するステップと、
前記回転されたサンプル光信号の第1の偏光成分と第2の偏光成分との間に第4の位相遅延を導入し、第4の干渉信号を生成するために前記第1と第2の偏光成分に干渉を起こさせるステップと、
前記第4の干渉信号の強度を測定するステップと、
前記回転されたサンプル光信号の第1の偏光成分と第2の偏光成分との間に第5の位相遅延を導入し、第5の干渉信号を生成するために前記第1と第2の偏光成分に干渉を起こさせるステップと、
前記第5の干渉信号の強度を測定するステップと、
前記回転されたサンプル光信号の第1の偏光成分と第2の偏光成分との間に第6の位相遅延を導入し、第6の干渉信号を生成するために前記第1と第2の偏光成分に干渉を起こさせるステップと、
前記第6の干渉信号の強度を測定するステップと、及び
前記第1、第2、第3、第4、第5、及び第6の干渉信号の測定された強度に基づいて、光信号の偏波モード分散を補償するステップとを含む、方法。
A method for compensating for polarization mode dispersion of an optical signal in an optical transmission medium,
Providing a sample optical signal that includes a portion of the optical signal of the optical transmission medium;
Introducing a first phase delay between a first polarization component and a second polarization component of the sample optical signal and interfering with the first and second polarization components to generate a first interference signal The step of causing
Measuring the strength of the first interference signal;
Introducing a second phase delay between a first polarization component and a second polarization component of the sample optical signal and interfering with the first and second polarization components to generate a second interference signal The step of causing
Measuring the strength of the second interference signal;
A third phase delay is introduced between a first polarization component and a second polarization component of the sample optical signal to interfere with the first and second polarization components to generate a third interference signal. The step of causing
Measuring the strength of the third interference signal;
Providing a rotated sample optical signal by rotating the polarization axis of the sample optical signal;
Introducing a fourth phase delay between a first polarization component and a second polarization component of the rotated sample optical signal and generating the fourth interference signal with the first and second polarizations. Causing the components to interfere;
Measuring the strength of the fourth interference signal;
Introducing a fifth phase delay between a first polarization component and a second polarization component of the rotated sample optical signal to produce a fifth interference signal. Causing the components to interfere;
Measuring the strength of the fifth interference signal;
The first and second polarizations to introduce a sixth phase delay between a first polarization component and a second polarization component of the rotated sample optical signal to generate a sixth interference signal. Causing the components to interfere;
Measuring the strength of the sixth interference signal; and determining the polarization of the optical signal based on the measured strengths of the first, second, third, fourth, fifth, and sixth interference signals. Compensating for wave mode dispersion.
請求項42の方法を実行するために具現化されたコンピュータ読取り可能命令を備えるコンピュータ読取り可能媒体を有する、製造品。43. An article of manufacture having a computer readable medium comprising computer readable instructions embodied to perform the method of claim 42.
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